(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ材料であって、
複数の導電性炭素質ナノ材料粒子；
目的の分析種と相互作用することができる検出剤；および
イオン液体を含み、
該複数の導電性炭素質ナノ材料粒子、該検出剤、および該イオン液体を組み合わせてペーストを形成し；該イオン液体が、分析種の該ペーストとの相互作用を容易にし、それにより、該ペーストの導電率を変化させるように選択され；該炭素質ナノ材料粒子がカーボンナノチューブであり、該検出剤が、金属または金属含有化合物を含む、センサ材料。
【請求項２】
前記炭素質ナノ材料粒子が、
ａ）前記検出剤と３：１〜１：１０の範囲の重量比で混合される、または
ｂ）前記検出剤と１：１〜１：１０の範囲の重量比で混合される、
請求項１に記載のセンサ材料。
【請求項３】
前記イオン液体が、
ａ）イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ホスホニウムカチオン、およびその組み合わせからなる群から選択されるカチオンを含む、かつ／または
ｂ）ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＴＦＳＩ−）アニオン、ビス（フルオロスルホニル）イミド（ＦＳＩ−）アニオン、ハライドアニオン、ニトラートアニオン、テトラフルオロボラートアニオン、ヘキサフルオロホスファートアニオン、ビストリフリミドアニオン、トリフラートアニオン、トシラートアニオン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるアニオンを含む、かつ／または
ｃ）ホルマート、アルキルスルファート、アルキルホスファート、グリコラート、およびその組み合わせからなる群から選択される非ハロゲン化有機アニオンを含む、かつ／または
ｄ）１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、または１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロ（ｔｒｉｆｌｕｏｒ）メチルスルホニル）イミドである、
請求項１〜２のいずれか１項に記載のセンサ材料。
【請求項４】
前記検出剤が、
ａ）炭素質ナノ材料粒子に共有結合している、または
ｂ）炭素質ナノ材料粒子に非共有結合している、かつ／または
ｃ）炭素質ナノ材料粒子内部に拘束されている、かつ／または
ｅ）溶液、気相、または固相中で目的の分析種に結合することができる官能基を含む、かつ／または
ｆ）電子が豊富な部分または電子不足の部分であり；目的の分析種と該検出剤との間の相互作用が静電相互作用を含む、かつ／または
ｇ）ＰｄＣｌ２、５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリナトコバルト（ＩＩＩ）ペルクロラート（［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４）、３，６−ジ−２−ピリジル−１，２，４，５−テトラジン、およびその組み合わせからなる群から選択される、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ材料。
【請求項５】
前記検出剤が、溶液、気相、または固相中で目的の分析種に結合することができる官能基を含み、該官能基が、チオール基、アルデヒド基、エステル基、カルボン酸基、ヒドロキシル基、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ材料。
【請求項６】
ａ）目的の分析種と該検出剤との間の相互作用が、該金属または金属含有化合物への結合を含む、かつ／または
ｂ）該金属含有化合物が、チタン塩、銀塩、白金塩、金塩、アルミニウム塩、ニッケル塩、パラジウム塩、および銅塩からなる群から選択される、または
ｃ）該金属含有化合物が銅塩を含む、または
ｄ）該金属含有化合物がパラジウム塩を含む、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ材料。
【請求項７】
ａ）約０．１〜２０重量％の前記炭素質ナノ材料粒子を前記イオン液体と混合する、または
ｂ）約０．２５〜１０重量％の前記炭素質ナノ材料粒子を前記イオン液体と混合する、かつ／または
ｃ）粘度調整添加物をさらに含む、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ材料。
【請求項８】
粘度調整添加物をさらに含み、該粘度調整添加物が、低分子量溶媒、高分子量溶媒、可塑剤、エチレングリコール、テトラエチレングリコール、希釈剤、および鉱油からなる群から選択される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ材料。
【請求項９】
デバイスであって、
第１の電極および第２の電極；
該第１の電極および第２の電極と電気的に接触して配置されたセンサ材料；
を含み、
該センサ材料が請求項１〜８のいずれか１項に記載のセンサ材料を含む、デバイス。
【請求項１０】
前記センサ材料を形成するペーストの導電率の変化を検出するための電流計または電圧計と接続した電気回路をさらに含む、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１の電極および第２の電極が、
ａ）剛性基板上に配置されている、または
ｂ）可撓性基板上に配置されている、かつ／または
ｃ）近距離無線通信（ＮＦＣ）チップまたは無線周波数識別（ＲＦＩＤ）チップの一部である、
請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
ａ）前記第１の電極および第２の電極が剛性基板上に配置されており、該剛性基板が、ガラス、高分子材料、および印刷回路板から選択される、または
ｂ）前記第１の電極および第２の電極が可撓性基板上に配置されており、該可撓性基板が紙および高分子材料から選択される、
請求項９に記載のデバイス。
【請求項１３】
分析種を検出する方法であって、
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の感知デバイスを準備する工程；
センサ材料を環境に曝露する工程であって、該センサ材料の導電率の変化が該分析種の存在を示す、工程；および
該センサ材料の導電率の変化を検出する工程を含む、方法。
【請求項１４】
ａ）前記検出された導電率の変化を分析および保存のための別のデバイスに無線で送信する工程、および／または
ｂ）ワイヤレス無線周波数通信によって前記分析種を検出する工程、および／または
ｃ）前記センサを含む無線周波数識別タグからの出力を検出する工程
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記分析種が、
ａ）蒸気である、かつ／または
ｂ）チオール、エステル、アルデヒド、アルコール、エーテル、アルケン、アルキン、ケトン、酸、塩基、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、かつ／または
ｃ）カビである、かつ／または
ｄ）エチレン、窒素含有ガス、またはアミンである、かつ／または
ｅ）プトレシンまたはカダベリンである、かつ／または
ｆ）０〜１０％、０〜５％、０〜１％、０〜１０００ｐｐｍ、０〜１００ｐｐｍ、０〜８０ｐｐｍ、０〜５０ｐｐｍ、０〜１０ｐｐｍ、０〜５ｐｐｍ、０〜１ｐｐｍ、０〜０．５ｐｐｍ、０〜１００ｐｐｂ、０〜５０ｐｐｂ、または０〜１０ｐｐｂの範囲の濃度を有する、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記センサ材料が、
ａ）前記分析種との相互作用の際にさらに体積変化を起こし；
該体積変化を検出して該体積変化から該分析種に関する情報を引き出す、かつ／または
ｂ）前記分析種との相互作用の際にさらに変色し；
該変色を検出して該変色から分析種に関する情報を引き出す、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記分析種が、
ａ）前記検出剤と相互作用してファンデルワールス相互作用、共有結合、イオン結合、水素結合、または供与結合を形成する、かつ／または
ｂ）生体分子のペア間の結合事象を介して該検出剤と相互作用し、該生体分子が、タンパク質、核酸、糖タンパク質、炭水化物、またはホルモンである、
請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
この出願は、２０１４年７月１５日に出願された米国特許出願第６２／０２４，９２４号に基づく優先権を主張し、その全体が本明細書中に参照によって組み込まれる。
【０００２】
（参照による援用）
本明細書中で引用された全ての特許、特許出願、および刊行物は、本明細書中に記載の発明日の時点で当業者に公知の技術的現状をより完全に説明するために、その全体が本明細書中で参考として援用される。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
ガス感知テクノロジーは、安全性、保安、プロセス監視、または大気質管理などで広範に適用されている。食品産業においてエチレンまたは生体アミンの感知などへさらに適用されればガスセンサから利益を得ることができるが、現在のセンサテクノロジーでは必要な要件を満たすことができない。
【０００４】
現在のエチレン、生体アミン、またはアンモニアの検出方法は、特に、ガスクロマトグラフィ、光音響分光法、ならびに電気化学的方法および比色法を含む。これらの各方法は、不利益および矛盾（扱いが困難、高価、複雑、嵩高い、感度および選択性が制限される、正確性の欠如、ならびに操作における大きな力が必要なこと、および／または分析の実施に高度に訓練された技術者が必要なことが含まれる）がある。
【０００５】
化学レジスタセンサは、これらの制約の多くを克服する可能性があり、さらに、拡張性があり、多重送信でき、低コストで、低出力であり、携帯性があり、選択性が高く、高感度の感知テクノロジーをもたらす。実社会での適用が可能なテクノロジーとするために、これらのセンサは、所望の分析種に対して十分に選択性があり、且つ十分に強く応答することが必要である。
【０００６】
ＳＷＣＮＴおよびイオン液体のペーストの形成が、Ｆｕｋｕｓｈｉｍａら（Ｆｕｋｕｓｈｉｍａら，Ｓｃｉｅｎｃｅ，３００，２０７２−２０７４および米国特許第７，５３１，１１４Ｂ２号）によって以前に記載されていたが、このペーストは、検出剤分子を含まず、且つ感知における使用について言及していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，５３１，１１４号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｆｕｋｕｓｈｉｍａら，Ｓｃｉｅｎｃｅ，３００，２０７２−２０７４
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（要旨）
応答の感知を改良する１つの方法を開示する。複数の導電性炭素質ナノ材料粒子；目的の分析種と相互作用することができる検出剤；およびイオン液体を含み、複数の導電性炭素質ナノ材料粒子、検出剤、およびイオン液体を組み合わせてペーストを形成するセンサ材料を記載する。イオン液体を、分析種のペーストとの相互作用、それによるペーストの導電率の変化を容易にするように選択する。
【００１０】
いくつかの実施形態では、炭素質ナノ材料粒子はカーボンナノチューブである。いくつかの他の実施形態では、炭素質ナノ材料粒子は、黒鉛粉末、単層グラフェン、二層グラフェン、多層グラフェン、還元型酸化黒鉛、およびカーボンブラック粉末からなる群から選択される。
【００１１】
任意の前述の実施形態では、イオン液体は、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ホスホニウムカチオン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるカチオンを含む。いくつかの他の実施形態では、イオン液体は、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＴＦＳＩ−）アニオン、ビス（フルオロスルホニル）イミド（ＦＳＩ−）アニオン、ハライドアニオン、ニトラートアニオン、テトラフルオロボラートアニオン、ヘキサフルオロホスファートアニオン、ビストリフリミドアニオン、トリフラートアニオン、トシラートアニオン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるアニオンを含む。いくつかの他の実施形態では、イオン液体は、ホルマート、アルキルスルファート、アルキルホスファート、グリコラート、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される非ハロゲン化有機アニオンを含む。いくつかの他の実施形態では、イオン液体は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、または１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロ（ｔｒｉｆｌｕｏｒ）メチルスルホニル）イミドである。
【００１２】
任意の前述の実施形態では、検出剤は、炭素質ナノ材料粒子に共有結合している。いくつかの他の実施形態では、検出剤は、炭素質ナノ材料粒子に非共有結合している。いくつかの他の実施形態では、検出剤は、炭素質ナノ材料粒子内部に拘束されれている。
【００１３】
任意の前述の実施形態では、検出剤は、小分子、ポリマー、または生物学的種である。いくつかの他の実施形態では、生物学的種は、ペプチド、タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、またはＰＮＡを含む。
【００１４】
任意の前述の実施形態では、検出剤は、溶液、気相、または固相中で目的の分析種に結合することができる官能基を含む。いくつかの実施形態では、官能基は、チオール基、アルデヒド基、エステル基、カルボン酸基、ヒドロキシル基、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【００１５】
任意の前述の実施形態では、検出剤は電子が豊富な部分または電子不足の部分であり；目的の分析種と検出剤との間の相互作用は静電相互作用を含む。
【００１６】
任意の前述の実施形態では、検出剤は金属または金属含有化合物を含む。いくつかの実施形態では、目的の分析種と検出剤との間の相互作用は、金属または金属含有化合物への結合を含む。いくつかの他の実施形態では、金属含有化合物は、チタン塩、銀塩、白金塩、金塩、アルミニウム塩、ニッケル塩、パラジウム塩、および銅塩からなる群から選択される。いくつかの他の実施形態では、金属含有種は銅塩を含む。いくつかの他の実施形態では、金属含有種はパラジウム塩を含む。
【００１７】
いくつかの実施形態では、検出剤は、ＰｄＣｌ２、５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリナトコバルト（ＩＩＩ）ペルクロラート（［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４）、３，６−ジ−２−ピリジル−１，２，４，５−テトラジン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【００１８】
任意の前述の実施形態では、炭素質ナノ材料粒子を検出剤と３：１〜１：１０の範囲の重量比で混合する。いくつかの実施形態では、炭素質ナノ材料粒子を検出剤と１：１〜１：１０の範囲の重量比で混合する。
【００１９】
任意の前述の実施形態では、約０．１〜２０重量％の炭素質ナノ材料粒子をイオン液体と混合する。いくつかの実施形態では、約０．２５〜１０重量％の炭素質ナノ材料粒子をイオン液体と混合する。
【００２０】
任意の前述の実施形態では、センサ材料は、粘度調整添加物をさらに含む。いくつかの実施形態では、粘度調整添加物は、低分子量溶媒、高分子量溶媒、可塑剤、エチレングリコール、テトラエチレングリコール、希釈剤、および鉱油からなる群から選択される。
【００２１】
１つの態様では、デバイスは、第１の電極および第２の電極；第１の電極および第２の電極と電気的に接触して配置されたセンサ材料を含み；センサ材料は、上に開示の任意の実施形態のセンサ材料を含む。
【００２２】
いくつかの実施形態では、デバイスは、センサ材料を形成するペーストの導電率の変化を検出するための電流計または電圧計と接続した電気回路をさらに含む。
【００２３】
いくつかの実施形態では、第１の電極および第２の電極は、剛性基板上に配置されている。いくつかの他の実施形態では、剛性基板は、ガラス、高分子材料、および印刷回路板から選択される。
【００２４】
いくつかの実施形態では、第１の電極および第２の電極は、可撓性基板上に配置されている。いくつかの他の実施形態では、可撓性基板は、紙および高分子材料から選択される。
【００２５】
いくつかの実施形態では、第１の電極および第２の電極は、複素回路の一部である。いくつかの他の実施形態では、複素回路は、近距離無線通信（ＮＦＣ）チップまたは無線周波数識別（ＲＦＩＤ）チップである。
【００２６】
１つの態様では、分析種を検出する方法は、上に開示の任意の実施形態の感知デバイスを準備する工程；センサ材料を環境に曝露する工程であって、センサ材料の導電率の変化が分析種の存在を示す、工程；およびセンサ材料の導電率の変化を検出する工程を含む。
【００２７】
いくつかの実施形態では、本方法は、検出された導電率の変化を分析および保存のための別のデバイスに無線で送信する工程をさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、ワイヤレス無線周波数通信によって分析種を検出する工程をさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、センサを含む無線周波数識別タグからの出力を検出する工程をさらに含む。
【００２８】
いくつかの実施形態では、分析種は蒸気である。
【００２９】
いくつかの実施形態では、分析種は、チオール、エステル、アルデヒド、アルコール、エーテル、アルケン、アルキン、ケトン、酸、塩基、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。
【００３０】
いくつかの実施形態では、分析種はカビである。
【００３１】
いくつかの実施形態では、分析種は、エチレン、窒素含有ガス、またはアミンである。
【００３２】
いくつかの実施形態では、分析種は、プトレシンまたはカダベリンである。
【００３３】
いくつかの実施形態では、分析種の濃度は、０〜１０％、０〜５％、０〜１％、０〜１０００ｐｐｍ、０〜１００ｐｐｍ、０〜８０ｐｐｍ、０〜５０ｐｐｍ、０〜１０ｐｐｍ、０〜５ｐｐｍ、０〜１ｐｐｍ、０〜０．５ｐｐｍ、０〜１００ｐｐｂ、０〜５０ｐｐｂ、または０〜１０ｐｐｂの範囲である。
【００３４】
いくつかの実施形態では、センサ材料は、分析種との相互作用の際にさらに体積変化を起こし；本方法は、体積変化を検出して体積変化から分析種に関する情報を引き出す工程を含む。
【００３５】
いくつかの実施形態では、センサ材料は、分析種との相互作用の際にさらに変色し；本方法は、変色を検出して変色から分析種に関する情報を引き出す工程を含む。
【００３６】
いくつかの実施形態では、分析種は、検出剤と相互作用して、ファンデルワールス相互作用、共有結合、イオン結合、水素結合、または供与結合を形成する。
【００３７】
いくつかの実施形態では、分析種は、生体分子のペア（ｐａｉｒ）間の結合事象を介して検出剤と相互作用し、生体分子は、タンパク質、核酸、糖タンパク質、炭水化物、またはホルモンである。いくつかの他の実施形態では、生体分子対は、抗体／ペプチド対、抗体／抗原対、抗体フラグメント／抗原対、抗体／抗原フラグメント対、抗体フラグメント／抗原フラグメント対、抗体／ハプテン対、酵素／基質対、酵素／インヒビター対、酵素／補因子対、タンパク質／基質対、核酸／核酸対、タンパク質／核酸対、ペプチド／ペプチド対、タンパク質／タンパク質対、小分子／タンパク質対、グルタチオン／ＧＳＴ対、抗ＧＦＰ／ＧＦＰ融合タンパク質対、Ｍｙｃ／Ｍａｘ対、マルトース／マルトース結合タンパク質対、炭水化物／タンパク質対、炭水化物誘導体／タンパク質対、金属結合タグ／金属／キレート、ペプチドタグ／金属イオン−金属キレート対、ペプチド／ＮＴＡ対、レクチン／炭水化物対、受容体／ホルモン対、受容体／エフェクター対、相補的核酸／核酸対、リガンド／細胞表面受容体対、ウイルス／リガンド対、プロテインＡ／抗体対、プロテインＧ／抗体対、プロテインＬ／抗体対、Ｆｃ受容体／抗体対、ビオチン／アビジン対、ビオチン／ストレプトアビジン対、薬物／標的対、亜鉛フィンガー／核酸対、小分子／ペプチド対、小分子／タンパク質対、小分子／標的対、炭水化物／タンパク質対（マルトース／マルトース結合タンパク質（ＭＢＰ）など）、小分子／標的対、および金属イオン／キレート剤対からなる群から選択される。
【００３８】
１つの態様では、センサ材料を作製する方法は、複数の導電性炭素質ナノ材料粒子を準備する工程；目的の分析種と相互作用するように選択された検出剤を準備する工程；イオン液体を準備する工程；複数の導電性炭素質ナノ材料粒子、検出剤、およびイオン液体を混合する工程であって、ペーストを形成する、工程を含む。
【００３９】
１つの態様では、本方法には、複数の導電性炭素質ナノ材料粒子を準備する工程；目的の分析種と相互作用するように選択された検出剤を準備する工程；イオン液体を準備する工程；検出剤およびイオン液体と混和できる溶媒を準備する工程；検出剤およびイオン液体を溶媒に溶解する工程であって、ミックスを形成する、工程；複数の導電性炭素質ナノ材料粒子をミックスに添加する工程；溶媒を蒸発させる工程であって、複数の導電性炭素質ナノ材料粒子、検出剤、およびイオン液体を含むペーストを形成する、工程を含む、センサ材料を作製する方法が含まれる。
特定の実施形態では、例えば以下の項目が提供される。
（項目１）
センサ材料であって、
複数の導電性炭素質ナノ材料粒子；
目的の分析種と相互作用することができる検出剤；および
イオン液体を含み、
該複数の導電性炭素質ナノ材料粒子、該検出剤、および該イオン液体を組み合わせてペーストを形成し；
該イオン液体が、分析種の該ペーストとの相互作用を容易にし、それにより、該ペーストの導電率を変化させるように選択される、センサ材料。
（項目２）
前記炭素質ナノ材料粒子がカーボンナノチューブである、項目１に記載のセンサ材料。
（項目３）
前記炭素質ナノ材料粒子が、黒鉛粉末、単層グラフェン、二層グラフェン、多層グラフェン、還元型酸化黒鉛、およびカーボンブラック粉末からなる群から選択される、項目１に記載のセンサ材料。
（項目４）
前記イオン液体が、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ホスホニウムカチオン、およびその組み合わせからなる群から選択されるカチオンを含む、項目１〜３のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目５）
該イオン液体が、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＴＦＳＩ−）アニオン、ビス（フルオロスルホニル）イミド（ＦＳＩ−）アニオン、ハライドアニオン、ニトラートアニオン、テトラフルオロボラートアニオン、ヘキサフルオロホスファートアニオン、ビストリフリミドアニオン、トリフラートアニオン、トシラートアニオン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるアニオンを含む、項目１〜３のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目６）
前記イオン液体が、ホルマート、アルキルスルファート、アルキルホスファート、グリコラート、およびその組み合わせからなる群から選択される非ハロゲン化有機アニオンを含む、項目１〜３のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目７）
前記イオン液体が、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、または１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロ（ｔｒｉｆｌｕｏｒ）メチルスルホニル）イミドである、項目１〜３のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目８）
前記検出剤が炭素質ナノ材料粒子に共有結合している、項目１〜７のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目９）
前記検出剤が炭素質ナノ材料粒子に非共有結合している、項目１〜７のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目１０）
前記検出剤が炭素質ナノ材料粒子内部に拘束されれている、項目１〜７のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目１１）
前記検出剤が、小分子、ポリマー、または生物学的種である、項目１〜７のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目１２）
前記検出剤が、溶液、気相、または固相中で目的の分析種に結合することができる官能基を含む、項目１〜７のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目１３）
前記官能基が、チオール基、アルデヒド基、エステル基、カルボン酸基、ヒドロキシル基、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される、項目１２に記載のセンサ材料。
（項目１４）
前記検出剤が、電子が豊富な部分または電子不足の部分であり；目的の分析種と該検出剤との間の相互作用が静電相互作用を含む、項目１〜７のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目１５）
前記検出剤が金属または金属含有化合物を含む、項目１〜７のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目１６）
目的の分析種と前記検出剤との間の相互作用が、金属または金属含有化合物への結合を含む、項目１５に記載のセンサ材料。
（項目１７）
前記金属含有化合物が、チタン塩、銀塩、白金塩、金塩、アルミニウム塩、ニッケル塩、パラジウム塩、および銅塩からなる群から選択される、項目１６に記載のセンサ材料。
（項目１８）
前記金属含有種が銅塩を含む、項目１６に記載のセンサ材料。
（項目１９）
前記金属含有種がパラジウム塩を含む、項目１６に記載のセンサ材料。
（項目２０）
前記検出剤が、ＰｄＣｌ２、５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリナトコバルト（ＩＩＩ）ペルクロラート（［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４）、３，６−ジ−２−ピリジル−１，２，４，５−テトラジン、およびその組み合わせからなる群から選択される、項目１に記載のセンサ材料。
（項目２１）
前記生物学的種が、ペプチド、タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、またはＰＮＡを含む、項目１１に記載のセンサ材料。
（項目２２）
前記炭素質ナノ材料粒子を検出剤と３：１〜１：１０の範囲の重量比で混合する、項目１〜２１のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目２３）
前記炭素質ナノ材料粒子を検出剤と１：１〜１：１０の範囲の重量比で混合する、項目１〜２１のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目２４）
約０．１〜２０重量％の前記炭素質ナノ材料粒子をイオン液体と混合する、項目１〜２３のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目２５）
約０．２５〜１０重量％の該炭素質ナノ材料粒子をイオン液体と混合する、項目１〜２３のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目２６）
粘度調整添加物をさらに含む、項目１〜２５のいずれか１項に記載のセンサ材料。
（項目２７）
前記粘度調整添加物が、低分子量溶媒、高分子量溶媒、可塑剤、エチレングリコール、テトラエチレングリコール、希釈剤、および鉱油からなる群から選択される、項目２６に記載のセンサ材料。
（項目２８）
デバイスであって、
第１の電極および第２の電極；
該第１の電極および第２の電極と電気的に接触して配置されたセンサ材料；
を含み、
該センサ材料が項目１〜３６のいずれか１項に記載のセンサ材料を含む、デバイス。
（項目２９）
前記センサ材料を形成するペーストの導電率の変化を検出するための電流計または電圧計と接続した電気回路をさらに含む、項目２８に記載のデバイス。
（項目３０）
前記第１の電極および第２の電極が剛性基板上に配置されている、項目２８に記載のデバイス。
（項目３１）
前記剛性基板が、ガラス、高分子材料、および印刷回路板から選択される、項目３０に記載のデバイス。
（項目３２）
前記第１の電極および第２の電極が可撓性基板上に配置されている、項目２８に記載のデバイス。
（項目３３）
前記可撓性基板が紙および高分子材料から選択される、項目３２に記載のデバイス。
（項目３４）
前記第１の電極および該第２の電極が複素回路の一部である、項目２８に記載のデバイス。
（項目３５）
前記複素回路が、近距離無線通信（ＮＦＣ）チップまたは無線周波数識別（ＲＦＩＤ）チップである、項目３４に記載のデバイス。
（項目３６）
分析種を検出する方法であって、
項目２８〜３５のいずれか１項に記載の感知デバイスを準備する工程；
センサ材料を環境に曝露する工程であって、該センサ材料の導電率の変化が該分析種の存在を示す、工程；および
該センサ材料の導電率の変化を検出する工程を含む、方法。
（項目３７）
前記検出された導電率の変化を分析および保存のための別のデバイスに無線で送信する工程をさらに含む、項目３６に記載の方法。
（項目３８）
ワイヤレス無線周波数通信によって前記分析種を検出する工程をさらに含む、項目３７に記載の方法。
（項目３９）
前記センサを含む無線周波数識別タグからの出力を検出する工程をさらに含む、項目３８に記載の方法。
（項目４０）
前記分析種が蒸気である、項目３６に記載の方法。
（項目４１）
前記分析種が、チオール、エステル、アルデヒド、アルコール、エーテル、アルケン、アルキン、ケトン、酸、塩基、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、項目３６に記載の方法。
（項目４２）
前記分析種がカビである、項目３６に記載の方法。
（項目４３）
前記分析種が、エチレン、窒素含有ガス、またはアミンである、項目３６に記載の方法。
（項目４４）
前記分析種がプトレシンまたはカダベリンである、項目３６に記載の方法。
（項目４５）
前記分析種の濃度が、０〜１０％、０〜５％、０〜１％、０〜１０００ｐｐｍ、０〜１００ｐｐｍ、０〜８０ｐｐｍ、０〜５０ｐｐｍ、０〜１０ｐｐｍ、０〜５ｐｐｍ、０〜１ｐｐｍ、０〜０．５ｐｐｍ、０〜１００ｐｐｂ、０〜５０ｐｐｂ、または０〜１０ｐｐｂの範囲である、項目３６に記載の方法。
（項目４６）
前記センサ材料が前記分析種との相互作用の際にさらに体積変化を起こし；
該体積変化を検出して該体積変化から該分析種に関する情報を引き出す工程を含む、項目３６に記載の方法。
（項目４７）
前記センサ材料が前記分析種との相互作用の際にさらに変色し；
該変色を検出して該変色から分析種に関する情報を引き出す工程を含む、項目３６に記載の方法。
（項目４８）
前記分析種が前記検出剤と相互作用してファンデルワールス相互作用、共有結合、イオン結合、水素結合、または供与結合を形成する、項目３６に記載の方法。
（項目４９）
前記分析種が生体分子のペア間の結合事象を介して該検出剤と相互作用し、該生体分子が、タンパク質、核酸、糖タンパク質、炭水化物、またはホルモンである、項目３６に記載の方法。
（項目５０）
前記生体分子のペアが、抗体／ペプチド対、抗体／抗原対、抗体フラグメント／抗原対、抗体／抗原フラグメント対、抗体フラグメント／抗原フラグメント対、抗体／ハプテン対、酵素／基質対、酵素／インヒビター対、酵素／補因子対、タンパク質／基質対、核酸／核酸対、タンパク質／核酸対、ペプチド／ペプチド対、タンパク質／タンパク質対、小分子／タンパク質対、グルタチオン／ＧＳＴ対、抗ＧＦＰ／ＧＦＰ融合タンパク質対、Ｍｙｃ／Ｍａｘ対、マルトース／マルトース結合タンパク質対、炭水化物／タンパク質対、炭水化物誘導体／タンパク質対、金属結合タグ／金属／キレート、ペプチドタグ／金属イオン−金属キレート対、ペプチド／ＮＴＡ対、レクチン／炭水化物対、受容体／ホルモン対、受容体／エフェクター対、相補的核酸／核酸対、リガンド／細胞表面受容体対、ウイルス／リガンド対、プロテインＡ／抗体対、プロテインＧ／抗体対、プロテインＬ／抗体対、Ｆｃ受容体／抗体対、ビオチン／アビジン対、ビオチン／ストレプトアビジン対、薬物／標的対、亜鉛フィンガー／核酸対、小分子／ペプチド対、小分子／タンパク質対、小分子／標的対、炭水化物／タンパク質対（マルトース／マルトース結合タンパク質（ＭＢＰ）など）、小分子／標的対、および金属イオン／キレート剤対からなる群から選択される、項目４９に記載の方法。
（項目５１）
センサ材料を作製する方法であって、
複数の導電性炭素質ナノ材料粒子を準備する工程；
目的の分析種と相互作用するように選択された検出剤を準備する工程；
イオン液体を準備する工程；
該複数の導電性炭素質ナノ材料粒子、該検出剤、および該イオン液体を混合してペーストを形成する、混合する工程、を含む、方法。
（項目５２）
センサ材料を作製する方法であって、
複数の導電性炭素質ナノ材料粒子を準備する工程；
目的の分析種と相互作用するように選択された検出剤を準備する工程；
イオン液体を準備する工程；
該検出剤および該イオン液体と混和できる溶媒を準備する工程；
該検出剤およびイオン液体を該溶媒に溶解する工程であって、ミックスを形成する工程；該複数の導電性炭素質ナノ材料粒子を該ミックスに添加する工程；および
該溶媒を蒸発する工程であって、該複数の導電性炭素質ナノ材料粒子、検出剤、およびイオン液体を含むペーストを形成する工程
を含む、方法。
【００４０】
図面の簡単な説明
本開示の上記および他の目的および利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を考慮すると自明であろう。なお、全図を通して図面中の同様の参照番号は同様の部分について言及している。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、１つまたは複数の実施形態の３つの必須の成分を使用したセンサ材料作製のための略図を示す。
【００４２】
【図２】図２は、本開示のセンサ材料を使用した分析種検出のためのデバイスの略図を示す。
【００４３】
【図３】図３は、ＳＷＣＮＴ、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（ＢＭＩＭ）ＢＦ４、および５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリナトコバルト（ＩＩＩ）ペルクロラート（［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４）のペースト（ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴ含有量が１０重量％であり、ＳＷＣＮＴの［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４に対する質量比が１：１である）を使用して製作したセンサの感知応答を示す。矢印は、４０ｐｐｍエチレンへの１００秒間の曝露の開始を示す。
【００４４】
【図４】図４は、ＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペースト（ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴ含有量が１０重量％であり、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比が４：１である）を使用して製作したセンサの感知応答を示す。矢印は、４０ｐｐｍエチレンへの３００秒間および６００秒間の曝露の開始を示す。
【００４５】
【図５】図５は、紙上のＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペースト（ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴ含有量が５重量％であり、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比が、それぞれ、１０：１、５：１、および１：１である）を使用して製作したセンサの感知応答を示す。矢印は、４０ｐｐｍエチレンへの１００秒間の開始を示す。
【００４６】
【図６】図６は、ＳＷＣＮＴおよび［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４の懸濁液、ＢＭＩＭ  ＢＦ４でコーティングしたＳＷＣＮＴおよび［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４の懸濁液、ＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペースト、ならびに純粋なＳＷＣＮＴの懸濁液を使用して製作したセンサの４０ｐｐｍエチレンに対する平均感知応答を示す。
【００４７】
【図７】図７は、ＳＷＣＮＴおよび［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４の懸濁液、ＢＭＩＭ  ＢＦ４でコーティングしたＳＷＣＮＴおよび［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４の懸濁液、ならびにＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペーストを使用して製作したセンサの、センサ製作から４週間後の４０ｐｐｍエチレンに対する初期応答に対する百分率を示す。
【００４８】
【図８】図８は、ＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペースト（ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴ含有量が１重量％であり、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比が５：１である）を使用して製作したセンサの感知応答を示す。矢印は、４０ｐｐｍエチレンへの１００秒間の開始を示す。
【００４９】
【図９】図９は、純粋なＳＷＣＮＴの懸濁液を使用して製作したセンサならびにＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペーストから作製したセンサの異なる分析種に対する平均感知応答を示す。
【００５０】
【図１０Ａ】図１０Ａは、ＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペースト（ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴ含有量が１重量％であり、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比が５：１である）を使用して製作したセンサの感知応答を示す。矢印は、１、２、および５ｐｐｍのアンモニアへの１００秒間の曝露の開始を示す。
【００５１】
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａで記録した平均感知応答を示す。
【００５２】
【図１１Ａ】図１１Ａは、ＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペースト（ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴ含有量が１重量％であり、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比が５：１である）を使用して製作したセンサの感知応答を示す。矢印は、２、４、および８ｐｐｍのカダベリンへの１００秒間の曝露の開始を示す。
【００５３】
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａで記録した平均感知応答を示す。
【００５４】
【図１２Ａ】図１２Ａは、ＳＷＣＮＴ、ＰｄＣｌ２、および以下の３つのタイプのイオン液体：１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（エチルＴＦＭＳ）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ブチルＴＦＭＳ）、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ヘキシルＴＦＭＳ）のペーストを使用して製作したセンサの感知応答を示す。ラインは、８０ｐｐｍエチレンへの５００秒間の曝露の開始および終了を示す。
【００５５】
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａで記録した平均感知応答ならびにドロップキャスティングによってＳＷＣＮＴおよびＰｄＣｌ２を含むイソプロパノールの懸濁液から製作したセンサの平均感知応答を示す。
【００５６】
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、ＳＷＣＮＴ、ＰｄＣｌ２、およびＢＭＩＭ  ＢＦ４のペーストを使用して製作したセンサならびにドロップキャスティングによってＳＷＣＮＴおよびＰｄＣｌ２を含むイソプロパノールの懸濁液から製作したセンサの８０ｐｐｍエチレンに対する感知応答を示す。ラインは、８０ｐｐｍエチレンへの５００秒間の曝露の開始および終了を示す。
【００５７】
【図１３】図１３は、ＳＷＣＮＴ、ＰｄＣｌ２、および１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（ブチルＨＦＰ）のペーストを使用して製作したセンサの８０ｐｐｍのエチレンに対する感知応答を示す。ラインは、８０ｐｐｍエチレンへの５００秒間の曝露の開始および終了を示す。
【００５８】
【図１４Ａ】図１４Ａは、ＳＷＣＮＴ、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４、および以下の３つのタイプのイオン液体：１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（エチルＴＦＭＳ）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ブチルＴＦＭＳ）、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ヘキシルＴＦＭＳ）のペーストを使用して製作したセンサの感知応答を示す。ラインは、８０ｐｐｍエチレンへの５００秒間の曝露の開始および終了を示す。
【００５９】
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａで記録した平均感知応答を示す。
【００６０】
【図１５】図１５は、ＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペースト（ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴ含有量が１重量％であり、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比が５：１である）を使用して製作したセンサの平均感知応答およびエラーを示す。感知材料を、製作過程中の種々の時期に適用した。
【００６１】
【図１６】図１６は、ＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、およびＰｄＣｌ２のペースト（ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴ含有量が０．２５重量％であり、ＰｄＣｌ２のＳＷＣＮＴに対する質量比が５：１である）を使用して製作したセンサの感知応答を示す。感知材料を、製作過程中の種々の時期に適用した。矢印は、４０ｐｐｍエチレンへの１００秒間の曝露の開始を示す。
【００６２】
【図１７】図１７は、ＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、およびＰｄＣｌ２のペースト（ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴ含有量が１重量％であり、ＰｄＣｌ２のＳＷＣＮＴに対する質量比が５：１である）を使用して製作したセンサの感知応答を示す。種々の厚さの感知材料を適用した。矢印は、４０ｐｐｍエチレンへの１００秒間の開始を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
（詳細な説明）
センサ材料は、複数の導電性炭素質ナノ材料粒子、目的の分析種と選択的に相互作用するように選択された検出剤；およびイオン液体を含み、これら複数の導電性炭素質ナノ材料粒子、この検出剤、およびこのイオン液体を組み合わせてペーストを形成する。さらに、分析種は、ペースト中に分散して検出剤と相互作用し、それにより、ペーストの導電率を変化させることができる。
【００６４】
図１は、センサ材料の要素を示す。炭素質ナノ材料１０１を検出剤１０２およびイオン液体１０３と組み合わせてペースト１０４を形成する。
【００６５】
特定の実施形態では、炭素質ナノ材料粒子１０１はカーボンナノチューブである。いくつかの実施形態では、カーボンナノチューブは単一壁ナノチューブである。いくつかの実施形態では、カーボンナノチューブは多重壁ナノチューブである。いくつかの実施形態では、カーボンナノチューブは二重壁ナノチューブである。いくつかの実施形態では、炭素質ナノ材料粒子１０１は、黒鉛粉末、単層グラフェン、二層グラフェン、多層グラフェン、還元型酸化黒鉛、およびカーボンブラック粉末からなる群から選択される。
【００６６】
特定の実施形態では、検出剤１０２は、分析種と相互作用することができ、そして／または周囲の媒体または環境の変化に応答することができ、デバイス内に種々の構成で組み込むことができる任意の成分であり得る。例えば、検出剤１０２は、小分子、ポリマー、または生物学的種などであり得る。いくつかの実施形態では、検出剤は、イオン種（例えば、塩）を含むことができる。いくつかの実施形態では、検出剤１０２は、中性種を含むことができる。いくつかの実施形態では、検出剤１０２は、有機種、有機金属種、または無機種であり得る。特定の実施形態では、検出剤１０２を、共有結合を介して炭素質ナノ材料粒子に付着させることができる。特定の実施形態では、検出剤１０２を、非共有結合を介して炭素質ナノ材料粒子に付着させることができる。特定の他の実施形態では、検出剤１０２を、実質的に炭素質ナノ材料粒子内に含めることができ（例えば、炭素質ナノ材料粒子内に分散させ）、炭素質ナノ材料粒子と共有結合を形成しなくて良い。
【００６７】
いくつかの実施形態では、検出剤１０２は、媒体（例えば、溶液、気相、固相）中で別の生体分子または化学分子に結合することができる生物基または化学基を含むことができる。例えば、検出剤１０２は、官能基（チオール、アルデヒド、エステル、カルボン酸、およびヒドロキシルなど）を含むことができ、官能基は、分析種と結合を形成する。いくつかの場合、検出剤１０２は、電子が豊富な部分または電子不足の部分であり得、分析種と検出剤との間の相互作用が静電相互作用を含む。いくつかの実施形態では、分析種と検出剤１０２との間の相互作用は、金属または金属含有部分への結合を含む。
【００６８】
いくつかの実施形態では、検出剤１０２は金属含有種であり得る。例えば、種は、金属含有種（金属塩が含まれる）であり得る。いくつかの実施形態では、金属塩は、遷移金属の塩または複合体である。金属塩のいくつかの例には、ＴｉＯ２、ＴｉＣｌ４、および他のチタン塩、ＡｇＣｌ、ＡｇＰＦ６、Ａｇ（ＯＣＯＣＦ３）、Ａｇ（ＳＯ３ＣＦ３）、および他の銀塩、ＰｔＣｌ２および他の白金塩、Ａｕ２Ｃｌ６および他の金塩、Ａｌ（ＯＥｔ）３および他のアルミニウム塩、Ｎｉ（ＳＯ３ＣＦ３）２、ＮｉＣｌ２、および他のニッケル塩、ならびにＣｕ（ＳＯ３ＣＦ３）および他の銅塩が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、種は、銅含有種であり得る。いくつかの実施形態では、銅含有種は、Ｃｕ（ＩＩ）塩などの塩である。いくつかの実施形態では、種は、パラジウム含有種であり得る。いくつかの実施形態では、パラジウム含有種は、Ｐｄ（ＩＩ）塩などの塩である。特定の金属含有種のいくつかの例には、ＰｄＣｌ２が含まれるが、これに限定されない。一定の実施形態では、検出剤１０２は、５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリナトコバルト（ＩＩＩ）ペルクロラート（［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４）、３，６−ジ−２−ピリジル−１，２，４，５−テトラジン、およびその組み合わせを含む。
【００６９】
一定の実施形態では、上記の検出剤の組み合わせを、センサ材料として使用すべきペーストの形態で使用する。例えば、ＰｄＣｌ２および銅塩を組み合わせて、エチレン検出のための検出剤１０２として使用することができる。
【００７０】
任意の公知のイオン液体を、開示にしたがってイオン液体１０３として使用することができる。いくつかの他の実施形態では、イオン液体１０３は、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ホスホニウムカチオン、およびその組み合わせからなる群から選択されるカチオンを含む。いくつかの他の実施形態では、イオン液体１０３は、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＴＦＳＩ−）アニオン、ビス（フルオロスルホニル）イミド（ＦＳＩ−）アニオン、ハライドアニオン、ニトラートアニオン、テトラフルオロボラートアニオン、ヘキサフルオロホスファートアニオン、ビストリフリミドアニオン、トリフラートアニオン、トシラートアニオン、およびその組み合わせからなる群から選択されるアニオンを含む。いくつかの他の実施形態では、イオン液体１０３は、ホルマート、アルキルスルファート、アルキルホスファート、グリコラート、およびその組み合わせからなる群から選択される非ハロゲン化有機アニオンを含む。一定の実施形態では、イオン液体は、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、または１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドである。
【００７１】
いくつかの実施形態では、炭素質ナノ材料粒子１０１を、検出剤１０２と３：１〜１：１０の範囲の重量比で混合する。特定の実施形態では、炭素質ナノ材料粒子１０１の検出剤１０２に対する重量比は１：１である。特定の他の実施形態では、炭素質ナノ材料粒子１０１の検出剤１０２に対する重量比は１：５である。特定の他の実施形態では、炭素質ナノ材料粒子１０１の検出剤１０２に対する比は１：１０である。
【００７２】
いくつかの実施形態では、約０．１〜２０重量％の炭素質ナノ材料粒子１０１を、イオン液体１０３と混合する。いくつかの他の実施形態では、約０．２５〜２０重量％の炭素質ナノ材料粒子１０１を、イオン液体１０３と混合する。いくつかの実施形態では、約１〜２０重量％の炭素質ナノ材料粒子１０１を、イオン液体１０３と混合する。いくつかの他の実施形態では、約５〜２０重量％の炭素質ナノ材料粒子１０１を、イオン液体１０３と混合する。いくつかの他の実施形態では、約１０〜２０重量％の炭素質ナノ材料粒子１０１を、イオン液体１０３と混合する。いくつかの他の実施形態では、約０．２５〜１０重量％の炭素質ナノ材料粒子１０１を、イオン液体１０３と混合する。いくつかの実施形態では、約１〜１０重量％の炭素質ナノ材料粒子１０１を、イオン液体１０３と混合する。いくつかの他の実施形態では、約５〜１０重量％の炭素質ナノ材料粒子１０１を、イオン液体１０３と混合する。
【００７３】
いくつかの実施形態では、炭素質ナノ材料粒子１０１は、ペースト中に０．１重量％〜２０重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、炭素質ナノ材料粒子１０１は、ペースト中に０．１重量％〜１５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、炭素質ナノ材料粒子１０１は、ペースト中に１重量％〜１５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、炭素質ナノ材料粒子１０１は、ペースト中に５重量％〜１５重量％の範囲で存在する。
【００７４】
いくつかの他の実施形態では、検出剤１０２は、ペースト中に０．０５重量％〜６５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、検出剤１０２は、ペースト中に０．０５重量％〜４５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、検出剤１０２は、ペースト中に０．０５重量％〜１５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、検出剤１０２は、ペースト中に０．１重量％〜６５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、検出剤１０２は、ペースト中に０．１重量％〜４５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、検出剤１０２は、ペースト中に０．１重量％〜１５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、検出剤１０２は、ペースト中に０．１重量％〜１５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、検出剤１０２は、ペースト中に５重量％〜６５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、検出剤１０２は、ペースト中に５重量％〜４５重量％の範囲で存在する。
【００７５】
いくつかの他の実施形態では、イオン液体１０３は、ペースト中に２０重量％〜９９．５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、イオン液体１０３は、ペースト中に２０重量％〜７５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、イオン液体１０３は、ペースト中に２０重量％〜４５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、イオン液体１０３は、ペースト中に２５重量％〜９９．５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、イオン液体１０３は、ペースト中に２５重量％〜７５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、イオン液体１０３は、ペースト中に２５重量％〜４５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、イオン液体１０３は、ペースト中に３０重量％〜９９．５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、イオン液体１０３は、ペースト中に３０重量％〜７５重量％の範囲で存在する。いくつかの他の実施形態では、イオン液体１０３は、ペースト中に３０重量％〜４５重量％の範囲で存在する。
【００７６】
いくつかの実施形態では、センサ材料は、種々の適用のために使用されるペーストの物理的性質に合わせるための粘度調整剤などの添加物をさらに含む。適切な粘度調整剤（ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ  ｍｏｄｉｆｉｅｄ）は、粘度増強剤または粘度低下剤であり得る。いくつかの適切な粘度調整剤には、低分子量および高分子量の溶媒、可塑剤、エチレングリコール、テトラエチレングリコール、希釈剤、鉱油などが含まれるが、これらに限定されない。
【００７７】
任意の公知の混合技術を、センサ材料の要素を使用してペーストを形成するために使用することができる。１つの実施形態では、ボールミル磨砕によって混合し、この混合において、全要素を添加し、規定の時間磨砕して均一なペーストを形成する。いくつかの他の実施形態では、ボールミル磨砕によって混合し、この混合において、いくつかの要素を添加し、規定の時間磨砕して均一なペーストを形成後、残りの要素を添加し、１つまたは複数の工程でさらに混合する。いくつかの他の実施形態では、ブレンダを使用して成分を混合する。いくつかの他の実施形態では、乳鉢および乳棒を使用して成分を混合する。
【００７８】
１つの態様では、デバイスは、第１の電極および第２の電極；第１の電極および第２の電極と電気的に接触して配置されたセンサ材料を含み、センサ材料は、複数の導電性炭素質ナノ材料粒子；目的の分析種と選択的に相互作用するように選択された検出剤；およびイオン液体を含む。複数の導電性炭素質ナノ材料粒子、検出剤、およびイオン液体を共に混合して、ペーストを形成し；分析種は、ペースト中に拡散して検出剤と相互作用し、それにより、ペーストの導電率を変化させることができる。デバイスは、分析種に関する情報を検出するためにペーストの導電率の変化を検出することができる電気回路をさらに含む。
【００７９】
図２は、本開示のセンサ材料を使用した分析種を検出するためのデバイスの概略図を示す。デバイス２００は、第１の電極２０１および第２の電極２０２ならびに第１の電極および第２の電極と電気的に接触した、炭素質ナノ材料粒子、検出剤、およびイオン液体を含むセンサ材料を含む。第１の電極２０１および第２の電極２０２を接続して、センサ材料２０３の導電率を測定することができる要素を備えた電気回路２０４を形成している。
【００８０】
別の態様では、分析種を検出する方法は、第１の電極および第２の電極を準備する工程；第１の電極および第２の電極と電気的に接触して配置されたセンサ材料を準備する工程を含み；センサ材料は、複数の導電性炭素質ナノ材料粒子、目的の分析種と選択的に相互作用するように選択された検出剤；イオン液体を含み、複数の導電性炭素質ナノ材料粒子、検出剤、およびイオン液体を相互に混合してペーストを形成する。ペースト中の検出剤は、分析種と相互作用してセンサ材料の導電率を変化させることができる。本方法は、センサ材料を分析種に曝露する工程であって、分析種への曝露によりセンサ材料の導電率が変化する、曝露する工程、およびセンサ材料の導電率の変化を検出する工程であって、分析種に関する情報を収集する、工程をさらに含む。
【００８１】
いくつかの実施形態では、第１の電極および第２の電極は、ガラスまたは高分子材料などの剛性基板上に配置されている。いくつかの他の実施形態では、第１の電極および第２の電極は、印刷回路板上に配置されている。いくつかの他の実施形態では、第１の電極および第２の電極は、可撓性基板上に配置されている。いくつかの実施形態では、可撓性基板は紙である。いくつかの他の実施形態では、可撓性基板は高分子材料である。いくつかの実施形態では、第１の電極および第２の電極は、可撓性基板上に印刷されている。当該分野で公知の任意の一般的な技術を使用して、電極を印刷することができる。これらの技術は、スクリーン印刷、オフセット印刷、グラビア印刷、木版印刷、インクジェット印刷、凸版印刷、パッド印刷、および凹版印刷であるが、これらに限定されない。
【００８２】
いくつかの実施形態では、第１の電極２０１および第２の電極２０２は、近距離無線通信（ＮＦＣ）チップまたは無線周波数識別（ＲＦＩＤ）チップなどの複素回路の一部である。
【００８３】
特定の実施形態では、分析種は蒸気またはガスである。いくつかの実施形態では、分析種は、チオール、エステル、アルデヒド、アルコール、エーテル、アルケン、アルキン、ケトン、酸、塩基、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される。いくつかの他の実施形態では、分析種はカビである。いくつかの他の実施形態では、分析種はエチレンである。いくつかの実施形態では、分析種は窒素含有ガスである。特定の実施形態では、分析種はアミンである。特定の実施形態では、分析種はプトレシンまたはカダベリンである。
【００８４】
いくつかの実施形態では、分析種の濃度は、０〜１０％、１０ｐｐｍ〜１０％、１００ｐｐｍ〜１０％、１０００ｐｐｍ〜１０％、１〜１０％、または５〜１０％の範囲である。いくつかの他の実施形態では、分析種の濃度は、０〜５％、１０ｐｐｍ〜５％、１００ｐｐｍ〜５％、１０００ｐｐｍ〜５％、１〜５％、または２〜５％の範囲である。いくつかの他の実施形態では、分析種の濃度は、０〜１％、１０ｐｐｂ〜１％、１００ｐｐｂ〜１％、１ｐｐｍ〜１％、または１０ｐｐｍ〜１％の範囲である。いくつかの他の実施形態では、分析種の濃度は、０〜１０００ｐｐｍ、１０ｐｐｂ〜１０００ｐｐｍ、１００ｐｐｂ〜１０００ｐｐｍ、１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ、または１０ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲である。いくつかの他の実施形態では、分析種の濃度は、０〜１００ｐｐｍ、１０ｐｐｂ〜１００ｐｐｍ、１００ｐｐｂ〜１００ｐｐｍ、１ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ、または１０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの範囲である。いくつかの他の実施形態では、分析種の濃度は、０〜８０ｐｐｍ、１０ｐｐｂ〜８０ｐｐｍ、１００ｐｐｂ〜８０ｐｐｍ、１ｐｐｍ〜８０ｐｐｍ、または１０ｐｐｍ〜８０ｐｐｍの範囲である。いくつかの他の実施形態では、分析種の濃度は、０〜５０ｐｐｍ、１０ｐｐｂ〜５０ｐｐｍ、１００ｐｐｂ〜５０ｐｐｍ、１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍ、または１０ｐｐｍ〜５０ｐｐｍの範囲である。いくつかの他の実施形態では、分析種の濃度は、０〜１０ｐｐｍ、１０ｐｐｂ〜１０ｐｐｍ、１００ｐｐｂ〜１０ｐｐｍ、または１ｐｐｍ〜１０ｐｐｍの範囲である。いくつかの実施形態では、分析種の濃度は、０〜１ｐｐｍ、１０ｐｐｂ〜１ｐｐｍ、または１００ｐｐｂ〜１ｐｐｍの範囲である。いくつかの他の実施形態では、分析種の濃度は、０〜０．５ｐｐｍ、１０ｐｐｂ〜０．５ｐｐｍ、または１００ｐｐｂ〜０．５ｐｐｍの範囲である。いくつかの他の実施形態では、分析種の濃度は、０〜１００ｐｐｂ、または１０ｐｐｂ〜１００ｐｐｂの範囲である。いくつかの他の実施形態では、分析種の濃度は、０〜５０ｐｐｂ、または１０ｐｐｂ〜５０ｐｐｂの範囲である。いくつかの他の実施形態では、分析種の濃度は、０〜１０ｐｐｂの範囲である。
【００８５】
センサ材料２０３を形成するために使用されるペースト１０４中での分析種と検出剤１０２との相互作用には、共有結合（例えば、炭素−炭素、炭素−酸素、酸素−ケイ素、硫黄−硫黄、リン−窒素、炭素−窒素、金属−酸素、または他の共有結合）、イオン結合、水素結合（例えば、ヒドロキシル間、アミン間、カルボキシル間、チオール間、および／または類似の官能基間の水素結合）、および供与結合（例えば、金属イオンと単座配位子または多座配位子との間の錯体形成またはキレート化）などの結合の形成が含まれ得る。相互作用はまた、ファンデルワールス相互作用を含むことができる。１つの実施形態では、相互作用は、分析種との共有結合の形成を含む。いくつかの場合、デバイスと分析種との間の相互作用は、電荷移動反応などの反応を含むことができる。いくつかの他の実施形態では、種および／または別のデバイス要素は、周囲環境の変化（例えば、温度変化）の際に化学的または物理的に変換されてデバイスから判定可能なシグナルを生成し得る。
【００８６】
センサ材料２０３を形成するために使用したペースト１０４中の検出剤１０２は、生体分子の対（タンパク質、核酸、糖タンパク質、炭水化物、およびホルモンなどが含まれる）間の結合事象を介して分析種と相互作用することもできる。具体的な例には、抗体／ペプチド対、抗体／抗原対、抗体フラグメント／抗原対、抗体／抗原フラグメント対、抗体フラグメント／抗原フラグメント対、抗体／ハプテン対、酵素／基質対、酵素／インヒビター対、酵素／補因子対、タンパク質／基質対、核酸／核酸対、タンパク質／核酸対、ペプチド／ペプチド対、タンパク質／タンパク質対、小分子／タンパク質対、グルタチオン／ＧＳＴ対、抗ＧＦＰ／ＧＦＰ融合タンパク質対、Ｍｙｃ／Ｍａｘ対、マルトース／マルトース結合タンパク質対、炭水化物／タンパク質対、炭水化物誘導体／タンパク質対、金属結合タグ／金属／キレート、ペプチドタグ／金属イオン−金属キレート対、ペプチド／ＮＴＡ対、レクチン／炭水化物対、受容体／ホルモン対、受容体／エフェクター対、相補的核酸／核酸対、リガンド／細胞表面受容体対、ウイルス／リガンド対、プロテインＡ／抗体対、プロテインＧ／抗体対、プロテインＬ／抗体対、Ｆｃ受容体／抗体対、ビオチン／アビジン対、ビオチン／ストレプトアビジン対、薬物／標的対、亜鉛フィンガー／核酸対、小分子／ペプチド対、小分子／タンパク質対、小分子／標的対、炭水化物／タンパク質対（マルトース／ＭＢＰ（マルトース結合タンパク質）など）、小分子／標的対、または金属イオン／キレート剤対が含まれる。種の限定されない具体例には、ペプチド、タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡが含まれる。
【００８７】
いくつかの実施形態では、分析種は、ペースト１０４と相互作用するために、センサ材料２０３と接触することができるか、センサ材料２０３と十分に近接して配置することができるか、センサ材料２０３の内部に浸透することができる。いくつかの実施形態では、センサ材料の体積または寸法の変化（例えば、増加、減少）は、分析種との相互作用の際に起こり得る。例えば、デバイスの要素は分析種吸収の際に「膨潤」し得、体積の変化によりデバイスの性質が変化し得る。いくつかの実施形態では、分析種によりセンサ材料２０３が変色し得る。
【００８８】
出願人は、驚くべきことに、検出剤の炭素質ナノ材料粒子との組み合わせおよびイオン液体を使用して形成されたペースト中にこの組み合わせを含めることによって予想外且つ有益な性質が得られることを見出した。これらの性質は、制限されないが、分析種の存在に対する応答シグナルの有意な改善、センサの耐用寿命の延長、感度の増加、検出限界の低下、および選択性の向上である。これらの有利な性質は、センサの複数の重要な性能測定基準を網羅し、したがって、機能が飛躍的に進歩する。
【００８９】
出願人は、さらに驚くべきことに、上記のペーストが、イオン液体キャリアを欠き、そして／またはペースト形態でない組成物よりも分析種を感知するための感度が高いことを発見した。分析種がペースト中に拡散して検出剤と相互作用し、それにより、電気的性質などの性質を変化させて分析種の検出のために検出および分析することができるシグナルを生成することが必要であるので、当業者は、かかるセンサの性能が、感度および選択性という点で有意に低下すると予想するであろう。さらに、イオン液体の極性に起因して、検出剤が炭素質ナノ粒子材料から解離してイオン液体に対して選択的親和性を示す傾向があると予想される。この傾向に起因して、センサの性質は著しく損なわれ得る。驚くべきことに、一般的見解と対照的に、出願人は、以下で考察するように、これが実現可能なだけでなく、得られたセンサ材料が性質を向上させることも確認した。出願人は、イオン液体の炭素質ナノ粒子表面との相互作用によって炭素質ナノ粒子を解束（ｄｅｂｕｎｄｌｉｎｇ）し、それにより、炭素質ナノ粒子表面の利用可能領域が増大するとの仮説を得た。結果として、検出剤は炭素質ナノ粒子とより容易に相互作用することができ、この検出剤−分析種相互作用により炭素質ナノ粒子の導電率または炭素質ナノ粒子のネットワークに対する効果が増大する。
【００９０】
理論に拘束されないが、イオン液体とのブレンドによって検出剤および炭素質ナノ材料粒子の分散が改善され、それにより、曝露表面積が増大すると考えられる。また、予想される挙動と対照的に、イオン液体の存在は、分析種の検出剤および炭素質ナノ材料粒子との相互作用を妨害しない。
【実施例】
【００９１】
（例示の実施例）
（材料と測定）
単一壁カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラート（９７％、ＢＭＩＭ  ＢＦ４）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（９７％、エチルＴＦＭＳ）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（９８％、ブチルＴＦＭＳ）、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（９８％、ヘキシルＴＦＭＳ）を、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム（ｉｍｉｚａｏｌｉｕｍ）ヘキサフルオロホスファート（９７％、ブチルＨＦＰ）、カダベリン（９７％超）、イソプロパノール（９９％超）、ｏ−ジクロロベンゼン（無水物）、塩化パラジウム（ＩＩ）、および３，６−ジ−２−ピリジル−１，２，４，５−テトラジンと共にＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから購入し、入手したままの状態で使用した。検出剤である５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリナトコバルト（ＩＩＩ）ペルクロラート（［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４）を、以下の文献の手順（Ｓｕｇｉｍｏｔｏら，Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．，５４，３４２５−３４３２）にしたがって合成した。分析種である１％エチレンガスを含む窒素（１．０００１体積％±２％）および１％アンモニアガスを含む窒素（０．９９７９％±２％）、およびキャリアガスである乾燥窒素を、ＡｉｒＧａｓから入手した。
【００９２】
デバイスの感知能力を決定するために、分析種曝露の際にセンサの導電率の変化を監視した。感知の測定は、ＰａｌｍＳｅｎｓ  ＥｍＳｔａｔ−ＭＵＸ（ＰａｌｍＳｅｎｓ  ＢＶ）を使用して行った。デバイスを、ガス流の入口／出口およびセンサの分析種への曝露のためのガス室からなる特注のテフロン（登録商標）製筐体中に入れた。デバイスを、６４ピンＩＣテストクリップ（３Ｍ）を介してポテンシオスタットに接続した。Ｓｉｅｒｒａ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓガス混合システム、ｋｉｎ−ｔｅｋガス発生器、シリンジポンプからなる特注製のセットアップ、または蠕動ポンプからなる特注製のセットアップを使用して、分析種の窒素ガス、空気、または加湿窒素ガスとの混合によって種々の濃度の分析種を生成することができる。
【００９３】
感知材料を、以下の２つの異なる方法を介してデバイスに適用した：１）金属スパチュラまたは２）スクリーン印刷模倣法を使用して適用した。スクリーン印刷模倣法を、デバイスを横切ってマスクを配置することによって行った。マスクは、電極の間の空間上にレーザ切断孔を有していた。感知材料を、孔を横切って広げ、ブレードを用いて擦りつけて均一な厚さにした。材料の厚さは、異なる厚さのマスクを使用することによって変動した。
（実施例１）
【００９４】
以下の実施例は、分析種の検出剤としての［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４を備えたＳＷＣＮＴ−ＢＭＩＭ  ＢＦ４ペーストから構成されるセンサの製作および測定を記載する。
【００９５】
ペーストを、乳鉢および乳棒を用いてＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４を１０分間粉砕することによって調製した。ペーストの組成は、ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴが１０重量％および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比１：１であった。基板を、サーマルエバポレータ（Ｍｉｌｌ  Ｌａｎｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＥＶ−２０００）を使用して電極ギャップが１ｍｍの金電極パターンをスライドガラス上に蒸着することによって作製した。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。センサを、金属スパチュラを使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。さらなるペーストを、各センサについて電極間のセンサ材料の抵抗が７ｋΩと３０ｋΩとの間になるまで添加した。
【００９６】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、「材料と方法」に記載の方法を使用して分析種への曝露の際に監視した。センサを、分析種、４０ｐｐｍエチレンを含む窒素、およびキャリアガス窒素に交互に３サイクル曝露した。図３は、ＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペースト（ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴ含有量が１０重量％であり、ＳＷＣＮＴの［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４に対する質量比が１：１である）を使用して作製したセンサの感知応答を示す。矢印は、４０ｐｐｍエチレンへの１００秒間の曝露の開始を示す。センサの感知応答の平均は、０．９４％であった。
（実施例２）
【００９７】
以下の実施例は、可撓性紙デバイス上の３，６−ジ−２−ピリジル−１，２，４，５−テトラジンペーストから構成されたセンサの製作および測定を記載する。
【００９８】
ペーストを、乳鉢および乳棒を用いてＳＷＣＮＴおよびＢＭＩＭ  ＢＦ４を粉砕することによって調製した。次いで、３，６−ジ−２−ピリジル−１，２，４，５−テトラジンを質量比が４：１（テトラジン：ＳＷＣＮＴ）になるように添加し、要素を混合した。基板を、サーマルエバポレータ（Ｍｉｌｌ  Ｌａｎｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＥＶ−２０００）を使用して電極ギャップが１ｍｍの金電極パターンを秤量紙上に蒸着することによって作製した。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。センサを、金属スパチュラを使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。さらなるペーストを、各センサについて電極間のセンサ材料の抵抗が１ｋΩと４ｋΩとの間になるまで添加した。
【００９９】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、「材料と方法」に記載の方法を使用して分析種への曝露の際に監視した。センサを、分析種、４０ｐｐｍエチレンを含む窒素にそれぞれ３００秒間および６００秒間、ならびに窒素ガスに交互に暴露した。図４は、ＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペースト（ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴ含有量が１０重量％であり、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４に対するＳＷＣＮＴの質量比が４：１である）を使用して製作したセンサの感知応答を示す。矢印は、４０ｐｐｍエチレンへの３００秒間および６００秒間の曝露の開始を示す。感知応答は、３００秒間の曝露で０．９６％および６００秒間の曝露で１．０％であり、ほとんど不可逆な応答であった。
（実施例３）
【０１００】
以下の実施例は、紙デバイス上の［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４ペーストセンサの製作および測定を記載する。
【０１０１】
ペーストを、メノウの乳鉢および乳棒を用いてＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４を１０分間粉砕することによって調製した。以下の３種の５重量％のＳＷＣＮＴを含むＢＭＩＭ  ＢＦ４ペーストを作製した：［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比が１：１、５：１、および１０：１。基板を、サーマルエバポレータ（Ｍｉｌｌ  Ｌａｎｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＥＶ−２０００）を使用して電極ギャップが１ｍｍの金電極パターンを秤量紙上に蒸着することによって作製した。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。センサを、金属スパチュラを使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。さらなるペーストを、各センサについて電極間のセンサ材料の抵抗が７ｋΩと３０ｋΩとの間になるまで添加した。
【０１０２】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、「材料と方法」に記載の方法を使用して分析種への曝露の際に監視した。センサを、分析種、４０ｐｐｍエチレンを含む窒素、およびキャリアガス窒素に交代で３サイクル曝露した。
【０１０３】
図５は、紙上のＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペースト（ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴ含有量が５重量％であり、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比が、それぞれ、１０：１、５：１、および１：１である）を使用して作製したセンサの感知応答を示す。矢印は、４０ｐｐｍエチレンへの１００秒間の開始を示す。質量比が１：１のペーストについての平均感知応答は１．７％であった一方で、５：１および１０：１のペーストは、それぞれ平均で０．２４％および０．３３％で低かった。
【０１０４】
この結果は、センサ材料が増量するにつれてセンサ応答が増大することを示唆している。しかし、その後に検出剤がさらに増量しても応答が比例的に増大しない閾値に到達することが予想され、これは、導電性炭素質ナノ材料粒子（カーボンナノチューブなど）の還元によってシステム全体の導電率が限界になるためである。
（実施例４）
【０１０５】
以下の実施例は、以下の３つのタイプのセンサの製作および測定を記載する：１）ＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４層、２）ＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４層上に積層したＢＭＩＭ  ＢＦ４、および３）ＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４ペースト。
【０１０６】
基板を、サーマルエバポレータ（Ｍｉｌｌ  Ｌａｎｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＥＶ−２０００）を使用して電極ギャップが１ｍｍの金電極パターンをスライドガラス上に蒸着することによって作製した。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。
【０１０７】
ＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４センサを、ＳＷＣＮＴおよび［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４を含む懸濁液をドロップキャストすることによって調製した。懸濁液を、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４（［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比が１０：１）および０．２５ｍｇ／ｍＬ  ＳＷＣＮＴを含むｏ−ジクロロベンゼンの１分間の超音波処理によって調製した。懸濁液を、各センサの抵抗が７〜１０ｋΩになるまでドロップキャストした。懸濁液の各連続ドロップキャストの間に、溶媒が完全に除去されるまでデバイスを減圧乾燥させた。
【０１０８】
ＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４層上に積層されたＢＭＩＭ  ＢＦ４層から構成されるセンサを、各センサの抵抗が２〜５ｋΩになるまでＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４懸濁液をドロップキャストすることによって調製した。各ドロップキャストの間に、溶媒が完全に除去されるまでデバイスを減圧乾燥させた。１０ｍｇ／ｍＬ  ＢＭＩＭ  ＢＦ４溶液を含むメタノールを、ＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４層上にドロップキャスト（１μＬドロップ）した。デバイスを減圧乾燥させて、メタノールを除去した。
【０１０９】
［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４ペーストセンサを、メノウの乳鉢および乳棒を用いてＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４を２０分間粉砕することによって調製した。ペーストの組成は、ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴが１重量％および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比５：１であった。センサを、金属スパチュラを使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。さらなるペーストを、各センサについて電極間のセンサ材料の抵抗が７ｋΩと３０ｋΩとの間になるまで添加した。
【０１１０】
さらに、純粋なＳＷＣＮＴのセンサを、ＳＷＣＮＴを含むオルソ−ジクロロベンゼン懸濁液のドロップキャストによって製作した。懸濁液を、ＳＷＣＮＴ（０．２５ｍｇ／ｍＬ）を含むｏ−ジクロロベンゼンの１分間の超音波処理によって調製した。懸濁液を、各センサの抵抗が７〜１０ｋΩになるまでドロップキャストした。懸濁液の各連続ドロップキャストの間に、溶媒が完全に除去されるまでデバイスを減圧乾燥させた。
【０１１１】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、「材料と方法」に記載の方法を使用して分析種への曝露の際に監視した。センサを、分析種、４０ｐｐｍエチレンを含む窒素、およびキャリアガス窒素に交互に３サイクル曝露した。図６は、ＳＷＣＮＴおよび（［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４の懸濁液、ＢＭＩＭ  ＢＦ４でコーティングしたＳＷＣＮＴおよび（［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４の懸濁液、ＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および（［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペースト、ならびに純粋なＳＷＣＮＴの懸濁液を使用して製作したセンサの４０ｐｐｍエチレンに対する平均感知応答を示す。
【０１１２】
単層ＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４センサの平均感知応答は０．１３％であった。ＢＭＩＭ  ＢＦ４コーティングしたＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４センサの平均応答は１．３％であり、したがって、非コーティングＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４センサと比較して１０倍改善された。［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４ペーストのセンサの平均応答は４０ｐｐｍで２．５％であり、ＢＭＩＭ  ＢＦ４コーティングしたセンサと比較して２倍改善され、非コーティングＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４センサと比較して２０倍改善された。
【０１１３】
上で考察されるように、このシグナルの予想外の改善は、イオン液体ペースト中での検出剤およびカーボンナノチューブの分散の改善に起因する。出願人によって識別されたように、イオン液体がペースト中への分析種の拡散を妨害しないので、センサ材料としてのペーストによって生じる相対応答は、他の配置（イオン液体を用いない単純な検出剤とカーボンナノチューブとの組み合わせ、またはイオン液体が検出剤およびカーボンナノチューブ上をコーティングする配置など）より有意に強い。
【０１１４】
さらに、センサ材料としてペーストを使用したデバイスの応答の改善が動作寿命を延長すると認識される。センサは、その後に応答の強度が分析種を検出できなくなる閾値を下回る前の機能的に利用可能な期間がより長いので、この延長は予想されることである。
（実施例５）
【０１１５】
以下の実施例は、以下の３つのタイプのセンサの製作および４週間にわたる測定を記載する：１）ＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４層、２）ＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４層上に積層したＢＭＩＭ  ＢＦ４、および３）［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４ペースト。
【０１１６】
基板を、サーマルエバポレータ（Ｍｉｌｌ  Ｌａｎｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＥＶ−２０００）を使用して電極ギャップが１ｍｍの金電極パターンをスライドガラス上に蒸着することによって作製した。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。
【０１１７】
ＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４センサを、ＳＷＣＮＴおよび［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４の懸濁液をドロップキャストすることによって調製した。懸濁液を、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４（［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比が１０：１）および０．２５ｍｇ／ｍＬ  ＳＷＣＮＴを含むｏ−ジクロロベンゼンの７分間の超音波処理によって調製した。懸濁液を、各センサの抵抗が７〜１０ｋΩになるまでドロップキャストした。懸濁液の各連続ドロップキャストの間に、溶媒が完全に除去されるまでデバイスを減圧乾燥させた。
【０１１８】
ＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４層上に積層したＢＭＩＭ  ＢＦ４層から構成されるセンサを、各センサの抵抗が２ｋΩと５ｋΩとの間になるまでＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４懸濁液をドロップキャストすることによって調製した。各ドロップキャストの間に、溶媒が完全に除去されるまでデバイスを減圧乾燥させた。２ｍｇ／ｍＬ  ＢＭＩＭ  ＢＦ４溶液を含むメタノールを、ＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４層上にドロップキャストした（１μＬドロップ）。デバイスを減圧乾燥させて、メタノールを除去した。
【０１１９】
［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４ペーストのセンサを、メノウの乳鉢および乳棒を用いてＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４を１０分間粉砕することによって調製した。ペーストの組成は、ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴが１重量％および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比５：１であった。センサを、金属スパチュラを使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。さらなるペーストを、各センサについて電極間のセンサ材料の抵抗が７ｋΩと３０ｋΩとの間になるまで添加した。
【０１２０】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、「材料と方法」に記載の方法を使用して分析種への曝露の際に監視した。センサを、分析種、４０ｐｐｍエチレンを含む窒素、およびキャリアガス窒素に交代で３サイクル曝露した。４週間後、測定を繰返した。図７は、ＳＷＣＮＴおよび（［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４の懸濁液、ＢＭＩＭ  ＢＦ４でコーティングしたＳＷＣＮＴおよび（［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４の懸濁液、ならびにＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および（［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペーストを使用して製作したセンサの、センサ製作から４週間後の４０ｐｐｍエチレンに対する初期応答に対する百分率を示す。
【０１２１】
この期間後の単層ＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４センサの平均感知応答は、初期応答の５１．６％であった。ＢＭＩＭ  ＢＦ４コーティングしたＳＷＣＮＴ−［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４センサでは、４週間後に初期応答の８．６％であった。［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４ペーストのセンサでは、４０ｐｐｍで初期応答の１０２．５％であった。
（実施例６）
【０１２２】
以下の実施例は、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４ペーストのセンサの製作および測定を記載する。
【０１２３】
ペーストを、メノウの乳鉢および乳棒を用いてＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４を２０分間粉砕することによって調製した。ペーストの組成は、ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴが１重量％および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比５：１であった。基板を、サーマルエバポレータ（Ｍｉｌｌ  Ｌａｎｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＥＶ−２０００）を使用して電極ギャップが１ｍｍの金電極パターンをスライドガラス上に蒸着することによって作製した。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。センサを、金属スパチュラを使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。さらなるペーストを、各センサについて電極間のセンサ材料の抵抗が７ｋΩと３０ｋΩとの間になるまで添加した。
【０１２４】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、「材料と方法」に記載の方法を使用して分析種への曝露の際に監視した。センサを、分析種、４０ｐｐｍエチレンを含む窒素、およびキャリアガス窒素に交代で３サイクル曝露した。図８は、ＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペースト（ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴ含有量が１重量％であり、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比が５：１である）を使用して作製したセンサの感知応答を示す。矢印は、４０ｐｐｍエチレンへの１００秒間の開始を示す。センサの平均感知応答は４．５％であった。
（実施例７）
【０１２５】
以下の実施例は、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４ペーストのセンサの製作および測定を記載する。センサを、エチレン、酢酸エチル、エタノール、ヘキサン、クロロホルム、およびアセトニトリルに曝露した。
【０１２６】
ペーストを、メノウの乳鉢および乳棒を用いてＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４を２０分間粉砕することによって調製した。ペーストの組成は、ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴが１重量％および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比５：１であった。基板を、サーマルエバポレータ（Ｍｉｌｌ  Ｌａｎｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＥＶ−２０００）を使用して電極ギャップが１ｍｍの金電極パターンをスライドガラス上に蒸着することによって作製した。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。センサを、金属スパチュラを使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。さらなるペーストを、各センサについて電極間のセンサ材料の抵抗が７ｋΩと３０ｋΩとの間になるまで添加した。
【０１２７】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、分析種への曝露の際に監視した。センサを、分析種、４０ｐｐｍエチレンを含む窒素、およびキャリアガス窒素に交互に３サイクル曝露し、応答を、「材料と方法」に記載の方法を使用して測定した。センサのエチレンに対する平均感知応答は４．５％であった。
【０１２８】
他の分析種のガス流を、ガス発生器（Ｋｉｎ−Ｔｅｋ，４９１Ｍ  Ｂａｓｅ  Ｍｏｄｕｌｅ）を使用して得た。センサを、分析種を含む窒素およびキャリアガス窒素に交互に３サイクル曝露した。図９は、純粋なＳＷＣＮＴの懸濁液を使用して製作したセンサならびにＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のペーストから製作したセンサの異なる分析種に対する平均感知応答を示す。酢酸エチル（２００ｐｐｍ）に対する平均感知応答は１．６％であった。ヘキサン（２００ｐｐｍ）およびクロロホルム（２００ｐｐｍ）に対する平均応答は、それぞれ、１．４％および１．８％であった。エタノール（２００ｐｐｍ）に対する平均応答は１３．５％であった。１００ｐｐｍアセトニトリルに対する平均応答は２１．５％であった。
（実施例８）
【０１２９】
以下の実施例は、異なるアンモニア濃度で試験した［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４ペーストのセンサの製作および測定を記載する。
【０１３０】
ペーストを、ボールミルを使用したＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４の粉砕によって調製した。ペーストの組成は、ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴが１重量％および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比５：１であった。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。センサを、「材料と方法」に記載のスクリーン印刷様技術を使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。厚さ０．０５ｍｍのペーストを適用した。
【０１３１】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、「材料と方法」に記載の方法を使用して分析種への曝露の際に監視した。センサを、それぞれ、分析種、１ｐｐｍ、２ｐｐｍ、および５ｐｐｍのアンモニアを含む乾燥窒素に１００秒間、および乾燥窒素のキャリアガスに交互に３サイクル曝露した。図１０Ａは、種々の分析種濃度での感知応答を示す。矢印は、アンモニアへの各１００秒間の曝露の開始を示す。図１０Ｂに示す平均感知応答は、１ｐｐｍアンモニアに対しては１．２％±０．１％、２ｐｐｍアンモニアに対しては３．８％±０．４、５ｐｐｍアンモニアに対しては７．１％±．０．７％である。
（実施例９）
【０１３２】
以下の実施例は、［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４ペーストのセンサの製作および異なるカダベリン濃度での測定を記載する。
【０１３３】
ペーストを、ボールミルを使用したＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４の粉砕によって調製した。ペーストの組成は、ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴが１重量％および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比５：１であった。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。センサを、「材料と方法」に記載のスクリーン印刷様技術を使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。厚さ０．０５ｍｍのペーストを適用した。
【０１３４】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、「材料と方法」に記載の方法を使用して分析種への曝露の際に監視した。センサを、それぞれ、分析種、２ｐｐｍ、４ｐｐｍ、および８ｐｐｍのカダベリンを含む８５００ｐｐｍの加湿した空気に１００秒間、ならびに８５００ｐｐｍの加湿したキャリアガスに交互に３サイクル曝露した。図１１Ａは、種々の分析種濃度での感知応答を示す。矢印は、カダベリンへの各１００秒間の曝露の開始を示す。
【０１３５】
図１１Ｂは、文献によるアミン濃度に相関し得る感知応答の不可逆部分を示す（Ｌｉｕ，Ｓ．Ｆ．，Ｐｅｔｔｙ，Ａ．Ｒ．，Ｓａｚａｍａ，Ｇ．Ｔ．ａｎｄ  Ｓｗａｇｅｒ，Ｔ．Ｍ  Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，２０１５，５４，６５５４−６５５７）。２ｐｐｍ、４ｐｐｍ、および８ｐｐｍのカダベリンで、それぞれ、４．０％±１．０％、５．２％±１．２％、および９．５％±１．１％の感知応答が得られた。
（実施例１０）
【０１３６】
以下の実施例は、８０ｐｐｍエチレンで試験した異なるイミダゾリウムベースのイオン液体を使用したＰｄＣｌ２ペーストのセンサの製作および測定を記載する。使用したイオン液体は以下であった：１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（エチルＴＦＭＳ）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ブチルＴＦＭＳ）、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ヘキシルＴＦＭＳ）。
【０１３７】
ペーストを、ボールミルを使用したＳＷＣＮＴ、イオン液体、およびＰｄＣｌ２の粉砕によって調製した。ペーストの組成は、イオン液体中のＳＷＣＮＴが１重量％およびＰｄＣｌ２のＳＷＣＮＴに対する質量比５：１であった。試験したイオン液体は、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ブチルＴＦＭＳ）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（エチルＴＦＭＳ）、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ヘキシルＴＦＭＳ）であった。コントロール感知材料を、ドロップキャスティングによって質量比が５：１のＰｄＣｌ２およびＳＷＣＮＴを含むイソプロパノールの懸濁液から調製した。懸濁液を、５分間の超音波処理によって調製した。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。センサを、「材料と方法」に記載のスクリーン印刷様技術を使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。厚さ０．０５ｍｍのペーストを適用した。コントロールセンサを、電極間のコントロール感知材料のドロップキャスティングによって製作した。各連続ドロップキャストの間に、デバイスを風乾した。懸濁液を、各センサの抵抗が０．９５ｋΩと１．５ｋΩとの間となるまでドロップキャストした。
【０１３８】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、「材料と方法」に記載の方法を使用して分析種への曝露の際に監視した。センサを、分析種、８０ｐｐｍエチレンを含む１０，０００ｐｐｍの加湿した窒素に５００秒間、および１０，０００ｐｐｍの加湿した窒素のキャリアガスに１サイクル曝露した。図１２Ａは、種々のイオン液体を有するペーストの感知応答を示す。ラインは、エチレンへの５００秒間の曝露の開始および終了を示す。図１２Ｂに示したブチルＴＦＭＳの相対応答は０．１７％±０．０１％である。エチルＴＦＭＳの応答は０．２８％±０．０３％である。ヘキシルＴＦＭＳの応答は０．３６％±０．００５％である。これは、イオン液体の、そのアルキル側鎖が影響を受ける極性および粘性が感知性能に影響を及ぼすことを示唆している。ドロップキャストＰｄＣｌ２センサの応答は０．１１％±０．０６％である。図１２Ｃは、ドロップキャストＰｄＣｌ２のコントロールセンサおよびＢＭＩＭ  ＢＦ４ペーストのセンサの感知応答を示す。ドロップキャストコントロールセンサの感知応答が低いほどエラーが高くなることは、センサ材料ペーストを使用することがＳＷＣＮＴおよび検出剤の混合物のドロップキャスティングなどの代替法より優れていることを示す。
（実施例１１）
【０１３９】
実施例１０と同様に、以下の実施例は、８０ｐｐｍエチレンで試験した１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスファート（ブチルＨＦＰ）を使用したＰｄＣｌ２ペーストのセンサの製作および測定を記載する。
【０１４０】
ペーストを、ボールミルを使用したＳＷＣＮＴ、ブチルＨＦＰ、およびＰｄＣｌ２の粉砕によって調製した。ペーストの組成は、ブチルＨＦＰ中のＳＷＣＮＴが１重量％およびＰｄＣｌ２のＳＷＣＮＴに対する質量比５：１であった。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。センサを、「材料と方法」に記載のスクリーン印刷様技術を使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。厚さ０．０５ｍｍのペーストを適用した。
【０１４１】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、「材料と方法」に記載の方法を使用して分析種への曝露の際に監視した。センサを、分析種、８０ｐｐｍエチレンを含む１０，０００ｐｐｍの加湿した窒素に８００秒間、および１０，０００ｐｐｍの加湿した窒素のキャリアガスに交互に１サイクル曝露した。図１３は、ブチルＨＦＰペーストの感知応答を示す。ラインは、エチレンへの８００秒間の曝露の開始および終了を示す。ブチルＨＦＰの相対応答は、−０．２２６％±０．０１％であった。
（実施例１２）
【０１４２】
実施例１０と同様に、以下の実施例は、８０ｐｐｍエチレンで試験した異なるイミダゾリウムベースのイオン液体を使用した［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４ペーストのセンサの製作および測定を記載する。使用したイオン液体は以下であった：１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（エチルＴＦＭＳ）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ブチルＴＦＭＳ）、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ヘキシルＴＦＭＳ）。
【０１４３】
ペーストを、ボールミルを使用したＳＷＣＮＴ、イオン液体、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４の粉砕によって調製した。ペーストの組成は、イオン液体中のＳＷＣＮＴが１重量％および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比５：１であった。試験したイオン液体は、ブチルＴＦＭＳ、エチルＴＦＭＳ、およびヘキシルＴＦＭＳであった。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。センサを、「材料と方法」に記載のスクリーン印刷様技術を使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。厚さ０．０５ｍｍのペーストを適用した。
【０１４４】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、「材料と方法」に記載の方法を使用して分析種への曝露の際に監視した。センサを、分析種、８０ｐｐｍエチレンを含む乾燥窒素に５００秒間、および乾燥窒素のキャリアガスに交互に１サイクル曝露した。図１４Ａは、種々のイオン液体の感知応答を示す。ラインは、エチレンへの５００秒間の曝露の開始および終了を示す。ブチルＴＦＭＳの相対応答は０．３％±０．１％であった。エチルＴＦＭＳの応答は１．０％±０．７％であった。ヘキシルＴＦＭＳの応答は０．２０％±０．０１％であった。３種のイオン液体ペーストの相対応答を、図１４Ｂに示す。
（実施例１３）
【０１４５】
以下の実施例は、製作過程中の異なるポイントでのエチレンで試験した［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４ペーストのセンサの製作および測定を記載する。
【０１４６】
ペーストを、メノウの乳鉢および乳棒を用いてＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４を粉砕することによって調製した。ペーストの組成は、ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴが１重量％および［Ｃｏ（ｔｐｐ）］ＣｌＯ４のＳＷＣＮＴに対する質量比５：１であった。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。センサを、金属スパチュラを使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。ペーストを、粉砕の１、４、７、１０、１３、１７、および２０分後に適用した。電極間のセンサ材料の抵抗が各センサで７ｋΩと３０ｋΩとの間になるまでペーストを添加した。
【０１４７】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、「材料と方法」に記載の方法を使用して分析種への曝露の際に監視した。センサを、分析種、４０ｐｐｍエチレンを含む窒素に１００秒間、およびキャリアガス窒素に交互に３サイクル曝露した。図１５は、種々の粉砕時点の平均感知応答を示し、各時点の標準偏差も示す。さらなる混合によって感知応答が減少するが、粉砕時間を経るにつれて応答の標準偏差も減少する。
（実施例１４）
【０１４８】
以下の実施例は、製作過程中の異なるポイントでのエチレンで試験したＰｄＣｌ２ペーストのセンサの製作および測定を記載する。
【０１４９】
ペーストを、ボールミルを使用したＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、およびＰｄＣｌ２の粉砕によって調製した。ペーストの組成は、ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴが０．２５重量％およびＰｄＣｌ２のＳＷＣＮＴに対する質量比５：１であった。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。センサを、金属スパチュラを使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。ペーストを、粉砕の１、３、５、７、および１０分後に適用した。センサ材料を、各センサについて電極間の材料の抵抗が７ｋΩと２０ｋΩとの間になるまで添加した。
【０１５０】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、「材料と方法」に記載の方法を使用して分析種への曝露の際に監視した。センサを、分析種、４０ｐｐｍエチレンを含む加湿窒素（１０，０００ｐｐｍ水）に１００秒間、および加湿窒素のキャリアガスに交互に３サイクル曝露した。図１６は、種々の粉砕時点の感知応答を示す。矢印は、４０ｐｐｍエチレンへの各１００秒間の曝露の開始を示す。感知応答は、粉砕が進むに連れて減少し：平均して粉砕の１分後に５．２％、３分後に４．７％、５分後に４．６％、７分後に１．１％、１０分後に０．９％。
（実施例１５）
【０１５１】
以下の実施例は、異なる厚さの感知材料を適用したＰｄＣｌ２ペーストのセンサの製作および測定を記載する。
【０１５２】
ペーストを、ボールミルを使用したＳＷＣＮＴ、ＢＭＩＭ  ＢＦ４、およびＰｄＣｌ２の粉砕によって調製した。ペーストの組成は、ＢＭＩＭ  ＢＦ４中のＳＷＣＮＴが１重量％およびＰｄＣｌ２のＳＷＣＮＴに対する質量比５：１であった。電極パターンを、シャドウマスクを使用し、１０ｎｍのクロム、次いで１００ｎｍの金を積層して作製した。センサを、「材料と方法」に記載のスクリーン印刷様技術を使用して電極間にペーストを配置することによって製作した。ペーストを、スクリーン印刷マスクの厚さを変化させることによって０．０５、０．１０、および０．１５ｍｍの厚さで適用した。
【０１５３】
デバイスの感知能を決定するために、センサの導電率の変化を、「材料と方法」に記載の方法を使用して分析種への曝露の際に監視した。センサを、分析種、４０ｐｐｍエチレンを含む加湿窒素（１０，０００ｐｐｍ水）に１００秒間、および加湿窒素のキャリアガスに交互に３サイクル曝露した。図１７は、異なる厚さでの感知応答を示す。矢印は、４０ｐｐｍエチレンへの各１００秒間の曝露の開始を示す。感知応答は、厚さが増加するにつれて、平均して、厚さ０．０５ｍｍでの３．０％から、厚さ０．１０ｍｍでの１．６％、厚さ０．１５ｍｍでの０．３％に減少する。
【０１５４】
本開示は、前述の例示的な実施形態で説明および例示されているが、本開示は例示のみを目的とし、本開示の精神および範囲を逸脱することなく本開示の実施の詳細の多数の変更形態を得ることができ、本開示は以下の特許請求の範囲のみによって制限されると理解される。他の実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内にある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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