柔性電化學(xué)電極、連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性電化學(xué)電極、安裝有該柔性電化學(xué)電極的連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器及其制備方法，其直接以化學(xué)鍍金薄膜兩面的金層分別作為工作電極與參比?對電極，構(gòu)成電化學(xué)兩電極體系，并在設(shè)定的工作電極表面電沉積花瓣狀鉑納米顆粒作為催化層，然后電泳沉積碳納米管/Nafion網(wǎng)孔層作為抗干擾層，并在其上通過靜電吸附形成酶生化敏感層，在戊二醛中交聯(lián)固化后涂覆聚氨酯傳質(zhì)限制保護層，制備成柔性連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器；該傳感器無需光刻或網(wǎng)版印刷等技術(shù)構(gòu)造電化學(xué)電極系統(tǒng)，能夠有效簡化加工工藝、易于實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)、降低生產(chǎn)成本，同時具有寬線性范圍、低檢測限、強抗干擾性、高響應(yīng)靈敏度、以及長期穩(wěn)定性等特性。
【專利說明】
柔性電化學(xué)電極、連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種生物傳感器，尤其涉及一種柔性電化學(xué)電極、安裝該電化學(xué)電極 的連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器及其制備方法，屬于電流測定式連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 糖尿病是嚴重威脅人類健康的常見慢性病之一，目前仍無法治愈，但有效的血糖 管理可以大幅降低并發(fā)癥的發(fā)生率，提高患者生活質(zhì)量。血糖檢測是糖尿病診斷與管理的 金標準，為了解決一日多次的指尖穿刺采血所帶來的不便與痛楚，業(yè)內(nèi)技術(shù)人員開創(chuàng)了可 以植入皮下的連續(xù)血糖監(jiān)測系統(tǒng)(CGMS)，例如國際申請?zhí)朠CT/US2005/032102,國際公布號 TO/2006/029293,公開了一種血液接觸傳感器，其包括一個傳感器可以監(jiān)測到樣品的存在 及其的裝配工具，裝配工具有一個傳感器終端，固定在傳感器上，以及裝配工具時適合于靜 脈流裝置聯(lián)合使用。
[0003] 為了更進一步改善以上述"血液接觸傳感器"為例的連續(xù)血糖監(jiān)測系統(tǒng)中，葡萄糖 傳感器兼容性、穩(wěn)定性等特性，CN101530327A，公開了一種皮下組織實時監(jiān)測用針狀電流測 定式葡萄糖傳感器及其制作方法，其包括一個針狀式參考電極和至少一個針狀式工作電 極，工作電極由里至外依次為導(dǎo)電層、高分子材料內(nèi)膜層、酶膜層、高分子材料控制擴散層； 該傳感器雖然通過針狀式電極能夠直接植入皮下組織，但是由于該裝置包括一個針狀式參 考電極和至少一個針狀式工作電極，植入皮下組織時創(chuàng)傷大。此外，該裝置的導(dǎo)電層由金屬 基體、金屬過渡層和貴金屬層由內(nèi)而外組成，由于金屬過渡層、貴金屬層均需要附著到金屬 基體表面，制作成本高、加工工藝繁雜。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，該類傳感器也有以柔性聚合物薄膜為基底，在其上印刷碳電極或沉 積金電極，通過電極的層層組裝或平面錯位排布形成電化學(xué)三電極檢測系統(tǒng)；或者直接利 用極細的金屬線實現(xiàn)。但這些方法大都工藝復(fù)雜，規(guī)?；潭鹊?，使得這類產(chǎn)品生產(chǎn)成本 高，價格昂貴，制約了 CGMS系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。而且，對于以柔性聚合物薄膜為基底的傳感 器制備工藝，在絕緣的聚合物薄膜上沉積導(dǎo)線及電極，通常采用真空磁控濺射、光刻、絲網(wǎng) 印刷、噴印等技術(shù)實現(xiàn)，但真空蒸鍍的金屬層往往與基底結(jié)合力差，非常容易脫落;而光刻 工藝中的化學(xué)鍍方法，薄膜表面化學(xué)鍍的方法中通常含有危險性或有毒試劑，隨著ROHS及 WEEE標準中對這類試劑的嚴格控制，這類工藝中必需的強氧化劑表面刻蝕工藝逐漸向低溫 等離子表面處理及過渡層工藝轉(zhuǎn)變，但仍存在工藝復(fù)雜，對工件的大小和形狀有特殊要求， 鍍層與基底結(jié)合度不好等問題;絲網(wǎng)印刷材料工藝傳統(tǒng)，技術(shù)成熟，但也存在精度不高，不 易于微型化，材料浪費嚴重的問題，現(xiàn)已逐步向噴印制造發(fā)展，但這一新興的方法仍面臨諸 多挑戰(zhàn)，如噴印墨水的特性調(diào)控、噴頭堵塞、基底與墨水的結(jié)合力問題，墨水的固化方法等。 另外，對于以極細的金屬線為電極的工藝，一般采用價格高昂的有聚四氟乙烯絕緣外套的 鉑銥細絲實現(xiàn)，以去除絕緣層的導(dǎo)線部分為工作電極，以涂覆Ag/AgCl銀漿或纏繞細Ag絲 并氯化后的部分為對比電極實現(xiàn)兩電極電化學(xué)體系，這類工藝原材料成本高，且由于只能 在徑向構(gòu)置兩電極體系，導(dǎo)致電極傳感部分較長，需要植入皮下較深的部位，容易出現(xiàn)意外 損傷毛細血管的現(xiàn)象，再者，這種傳感器制作工藝繁雜，不利于規(guī)?；a(chǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)成本 一直居高不下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是設(shè)計一種柔性電化學(xué)電極、安裝有該柔性電化學(xué)電極的連續(xù)葡萄 糖監(jiān)測傳感器及其制備方法，該傳感器無需光刻或網(wǎng)版印刷等圖案化技術(shù)，能夠有效簡化 加工工藝、降低生產(chǎn)成本，且減小植入創(chuàng)傷，提高靈敏度等特性。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0007] 技術(shù)方案1: 一種柔性電化學(xué)電極，其特征在于：電極基體由高分子薄膜制成，電極 基體兩側(cè)面均通過表面金屬化技術(shù)沉積一金層，該兩個金層分別作為工作電極(A)和參比-對電極(B);工作電極(A)由金層至外側(cè)分別覆蓋有鉑黑層、碳納米管/Nafion網(wǎng)孔層、酶生 化敏感層、聚氨酯保護層;參比-對電極⑶由金層至外分別覆蓋有鉑黑層和聚氨酯保護層； 電極基體上開有貫通兩側(cè)聚氨酯保護層的通孔，且通孔處涂覆有親水性高分子層。
[0008] 優(yōu)選的，電極上的通孔形狀為圓孔、方孔或叉指梳狀孔。
[0009] 優(yōu)選的，高分子薄膜厚度為20μηι~200μηι;電極基體兩側(cè)的金層厚度至少為5μηι。
[0010] 技術(shù)方案2:-種連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器，其包括引線基座和技術(shù)方案1所述的柔 性電化學(xué)電極，且電極呈細針狀，所述細針狀電極直徑不超過〇.3mm。
[0011] 優(yōu)選的，所述高分子薄膜厚度至少為20μπι;電極基體兩側(cè)的金層厚度至少為5μπι。
[0012] 優(yōu)選的，電極上的通孔為圓孔、方孔或叉指梳狀孔，且電極上的通孔的直徑或?qū)挾?不超過0 · 15mm。
[0013] 技術(shù)方案3:-種技術(shù)方案2所述連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器的制備方法，其包括以下 步驟： ① PI切片除污將厚度至少為20μπι的高分子薄膜材料切成片材，分別置于丙酮、乙醇、 去離子水中超聲5min后烘干，去除表面的油污； ② 沉積聚多巴胺層將清潔后的片材浸入多巴胺鹽酸鹽溶液(pH8.5，2mg/ml)中，并在 室溫下置于脫色搖床上，在空氣中氧化24h后，在片材表面形成一層聚多巴胺，然后放入去 離子水中浸泡清洗8h后，置于80°C烘箱中干燥； ③ 沉積催化層將干燥后的片材浸入0. lwt%的十八烷基三甲基氯化銨(STAC)溶液中 靜置5s后取出晾干，然后置于鉑納米溶膠中30min，在片材表面吸附一鉑納米顆粒層，取出 后用去離子水輕輕沖洗表面，去除未固定化的鉑納米顆粒后晾干； ④ 化學(xué)沉積金層將晾干后的片材置于鍍金液（含IOmM氯金酸與20mM過氧化氫）中 15min后取出，并迅速置于120°C烘箱中退火50min后關(guān)閉烘箱，待烘箱內(nèi)溫度降到室溫后 取出片材，此時，片材表面沉積有一層光亮、致密牢固的金層。
[0014] ⑤電沉積鉑黑層將清洗后的鍍金電極置于鍍鉑液(3wt%氯鉑酸，0.25wt%醋酸鉛） 中，以鉑絲為對電極，采用恒電壓法，設(shè)定工作電位為-2.5V，沉積時間120s，在電極兩面同 時電沉積一層致密的鉑黑層； ⑥ Parylene絕緣處理在片材兩面派射或涂覆Parylene絕緣層； ⑦ 打孔形成工作面在設(shè)定電極工作區(qū)域表面激光制備通孔形成工作區(qū)域； ⑧ 吸附碳納米管網(wǎng)孔層將電極浸入碳納米管的Nafion分散液中（碳納米管水分散 液:5wt% Nafion=I :4)，用恒電位法，設(shè)定工作電壓為IV，工作時間10s，在工作電極孔外 周表面形成碳納米管網(wǎng)孔層； ⑨ 交聯(lián)固化將電極倒懸于底部有25%戊二醛的容器中，在40°C烘箱中交聯(lián)60min后置 于4°C冰箱中保存2h，使碳納米管網(wǎng)孔層與基底牢固結(jié)合； ⑩ 電吸附GOx酶層將電極工作部分浸入GOx酶溶液中（BSA: GOx=I :3,濃度30mg/ ml)，以碳納米管網(wǎng)孔層側(cè)面為工作電極，另一面為對電極，用恒電位法，設(shè)定工作電壓為 0.3V，工作時間2400s，然后將電極保存于4°C冰箱中8h，使GOx充分嵌入到碳納米管網(wǎng)孔 層內(nèi)形成GOx酶層； ◎切割電極用紫外激光切割機將片材切割成細絲狀、單層雙面的電極； Cl形成聚氨酯保護層將4wt%的聚氨酯溶于98v%四氫呋喃和2v%二甲基甲酰胺的混合 溶液，形成聚氨酯溶液，將電極傳感部分緩緩穿過沾有該聚氨酯溶液、內(nèi)徑為2mm的鋼絲圈， 在電極表面形成一聚氨酯保護層； Θ電極裝配將電極尾端固定在基座上，且電極尾端的引出線區(qū)域與基座中的傳感部 件電路連接。
[0015] 優(yōu)選的，步驟③中所述鉬納米溶膠的制備方法是，0.25mmol氯鉬酸溶于91.5ml 水中，將5mg PVP溶于5ml水后加入氯鉑酸溶液中，再將Immol硼氫化鈉溶于IOml水 中，取Iml緩緩加入PVP與氯鉑酸的混合溶液，同時劇烈振蕩后在室溫下靜置24小時 即可。
[0016] 優(yōu)選的，步驟⑩所述形成GOx酶層后，采用步驟⑨所述的交聯(lián)固化方法，使酶層充 分交聯(lián)固化，再用去離子水沖去未充分固定的酶。
[0017] 優(yōu)選的，步驟_形成聚氨酯保護層之后，將上膜后的電極在干燥箱中干燥8h，然后 將電極置于PBS緩沖液中72h，使電極各層充分調(diào)控融合。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明直接以化學(xué)鍍金薄膜兩面的金層構(gòu) 成電化學(xué)兩電極體系，并通過層層組裝，在電極表面依次修飾催化層、抗干擾層、葡萄糖氧 化酶層及傳質(zhì)限制層，形成單片雙面式柔性電化學(xué)電極，無需光刻或網(wǎng)版印刷等技術(shù)，能夠 有效簡化加工工藝、降低生產(chǎn)成本;安裝有該柔性電化學(xué)電極的連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器，對 葡萄糖的線性范圍可達30mM以上，檢出限小于0.25mM，信號長期穩(wěn)定性好，抗干擾性強，靈 敏度可達1〇〇μΑ/(πιπιο?Α·αιΓ 2)以上，且響應(yīng)速度快，可用于皮下連續(xù)血糖監(jiān)測，同時，單片 式電極結(jié)構(gòu)也有效減小植入創(chuàng)傷。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明柔性電化學(xué)電極的剖視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明柔性電化學(xué)電極的立體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明柔性電化學(xué)電極第二實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明柔性電化學(xué)電極第三實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器的制備工藝流程圖； 圖6、7、8是本發(fā)明傳感器對葡萄糖監(jiān)測性能試驗數(shù)據(jù)分析圖； 圖9是本發(fā)明傳感器對抗壞血酸、尿酸和的醋氨酚抗干擾試驗數(shù)據(jù)分析圖。
【具體實施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清晰，以下結(jié)合附圖1-5,對本發(fā)明進行詳細說明。 應(yīng)當理解的是，本說明書中描述的【具體實施方式】僅僅是為了解釋本發(fā)明，并不是為了限定 本發(fā)明的保護范圍。
[0021] 實施例1:參照附圖1、2。一種柔性電化學(xué)電極，其電極基體1由高分子薄膜(PI)制 成，PI厚度為20μπι~200μπι，優(yōu)選PI厚度至少20μπι;電極基體1兩側(cè)面均通過表面金屬化技術(shù) 沉積一金層2、20,電極基體1兩側(cè)的金層2、20厚度至少為5μηι，該兩個金層2、20分別作為工 作電極A和參比-對電極Β;工作電極A由金層2至外側(cè)分別覆蓋有鉑黑層3、碳納米管/Nafion 網(wǎng)孔層4、酶生化敏感層5、聚氨酯保護層6;參比-對電極B由金層20至外分別覆蓋有鉑黑層 30和聚氨酯保護層60;電極基體1上開有貫通兩側(cè)聚氨酯保護層6和60的通孔9,通孔9可由 紫外激光切割而成且通孔9的數(shù)量可任意組合;通孔9為圓孔，且圓孔處涂覆有親水性高分 子層。通孔9設(shè)于電極的工作區(qū)域，電極上還設(shè)有絕緣區(qū)域8和引線區(qū)域7。表面金屬化技術(shù) 為現(xiàn)有技術(shù)，近年來的仿生學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，水溶液條件下，多巴胺能發(fā)生氧化聚合，在聚合物、 金屬、陶瓷、玻璃、木材等一系列固體材料表面形成一層超強附著的復(fù)合層，而多巴胺的鄰 苯二酚基團能夠?qū)饘佼a(chǎn)生一定強度的束縛力，且聚多巴胺復(fù)合層對金屬離子具有較強的 還原能力；當表面沉積聚多巴胺層的改性材料浸入金屬鹽溶液中時，復(fù)合層從溶液中還原 金屬陽離子并使之沉積在材料表面，從而實現(xiàn)無電鍍的材料表面金屬化。
[0022] 實施：1-2:在實施例1的基礎(chǔ)上，參照附圖3。電極基體1上開有貫通兩側(cè)聚氨酯保 護層6和60的方孔91，且方孔91處涂覆有親水性高分子層。
[0023] 實施例1-3:在實施例1的基礎(chǔ)上，參照附圖4。電極基體1上開有貫通兩側(cè)聚氨酯保 護層6和60的通孔92，通孔92截面為叉指梳狀，且通孔92處涂覆有親水性高分子層。
[0024] 實施例2:在實施例1的基礎(chǔ)上，一種連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器，包括基座和實施例1 所述的柔性電化學(xué)電極，柔性電化學(xué)電極設(shè)于基座下方，且電極頂端為針狀，電極尾端與基 座垂直固定。針狀電極可以直接植入皮下組織，由于采用單片雙面電極結(jié)構(gòu)，植入創(chuàng)傷小， 且有效簡化加工工藝，降低制作成本?；羞€可以設(shè)有無線傳輸設(shè)備，無線傳輸設(shè)備將傳 感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信號，輸出到外置的云端數(shù)據(jù)管理模塊上存儲，通過云端數(shù)據(jù)管理 模塊實時監(jiān)測查看數(shù)值，云端數(shù)據(jù)管理模塊可以是計算機、手機、平板電腦等設(shè)備。
[0025] 實施例3:在實施例1和2的基礎(chǔ)上，參照附圖5。一種實施例2所述連續(xù)葡萄糖監(jiān)測 傳感器的制備方法，其包括以下步驟： ① PI切片除污將厚度為120μπι的高分子薄膜材料切成PI片，分別置于丙酮、乙醇、去離 子水中超聲5min后烘干，以去除表面的油污； ② 沉積聚多巴胺層將清潔后的PI片浸入多巴胺鹽酸鹽溶液中（多巴胺鹽酸鹽溶液制 備方法為將2mg//L的多巴胺鹽酸鹽溶于pH值為8.5的Tris-HCl緩沖液），并在室溫下置于脫 色搖床上，在空氣中氧化24h后，在PI片表面形成一層聚多巴胺，然后放入去離子水中浸泡 清洗8h后，置于80°C烘箱中干燥； ③ 沉積催化層將干燥后的片材浸入O.lwt%的十八烷基三甲基氯化銨(STAC)溶液中 靜置5s后取出晾干，然后置于鉑納米溶膠中30min，在片材表面靜電吸附一層隨機分布 的鉑納米顆粒層作為催化層，取出后用去離子水輕輕沖洗表面，去除表面未固定化的鉑納 米顆粒，然后瞭干;鉬納米溶膠的制備方法為，將0.25mmo 1氯鉬酸溶于91.5ml水中，將5mg聚 乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于5ml水后加入氯鉑酸溶液中，再將Immol硼氫化鈉溶于IOml水中，取 Iml緩緩加入PVP與氯鉑酸的混合溶液，同時劇烈振蕩，最終的混合溶液在室溫下靜置24小 時即可； ④ 化學(xué)沉積金層將晾干后的片材置于鍍金液(含IOmM氯金酸與20mM過氧化氫）中， 15min后取出，并迅速置于120°C烘箱中退火50min后關(guān)閉烘箱，待烘箱內(nèi)溫度降到室溫后 取出片材，此時，片材表面沉積有一層光亮、致密牢固的金，金層厚度約IOym; ⑤ 電沉積鉑黑層將清洗后的鍍金電極置于鍍鉑液(3wt%氯鉑酸，0.25wt%醋酸鉛）中， 以鉑絲為對電極，采用恒電壓法，設(shè)定工作電位為-2.5V，沉積時間120s，在電極兩面同時電 沉積一層致密的鉑黑層； ⑥ Parylene絕緣處理在片材兩面蒸鍍Parylene(派瑞林)絕緣層； ⑦ 打孔形成工作區(qū)在設(shè)定電極工作區(qū)域表面激光制備通孔(9)形成工作區(qū)域，孔徑設(shè) 定為0.12mm; ⑧ 吸附碳納米管網(wǎng)孔層將Iml濃度為5wt%的Nafion加入到4ml的碳納米管水分散 液，并將電極浸入該碳納米管的Nafion分散液中，以電極的一面作為工作電極，另一面為 對電極，用恒電位法，設(shè)定工作電壓為IV，工作時間10s，將碳納米管電吸附到工作電極 上，形成以Nafion為骨架的碳納米管網(wǎng)孔層，即在工作電極孔外周表面形成碳納米管網(wǎng) 孔層； ⑨ 交聯(lián)固化將電極倒懸于底部有25%戊二醛的容器中，在40°C烘箱中交聯(lián)60min后置 于4°C冰箱中保存2h，使碳納米管網(wǎng)孔層與基底牢固結(jié)合； ⑩ 電吸附GOx酶層將IOmg牛血清蛋白（BSA)與IOmg葡萄糖氧化酶(GOx)的混合粉末溶 解于2ml的去離子水中形成GOx酶溶液，將電極浸入GOx酶溶液中，以電極的碳納米管網(wǎng)孔 層側(cè)面為工作電極，另一面為對電極，用恒電位法，設(shè)定工作電壓為0.3V，工作時間 2400s，將GOx電吸附到工作電極上，然后將電極保存于4°C冰箱中8h，使GOx充分嵌入到碳納 米管網(wǎng)孔層內(nèi)，最后采用步驟⑧所述的交聯(lián)固化方法交聯(lián)40min后，在4°C冰箱中冷藏8h，使 酶層充分交聯(lián)固化，再用去離子水沖去未充分固定的酶； ⑩切割電極用紫外激光切割機將片材切割成細絲狀、單層雙面的電極，設(shè)定植入部分 的尺寸為0.25謹X 5謹； ?形成聚氨酯保護層將4wt%的聚氨酯溶于98v%四氫呋喃和2v%二甲基甲酰胺的混合 溶液，形成聚氨酯溶液，將電極傳感部分緩緩穿過沾有該聚氨酯溶液、內(nèi)徑為2mm的鋼絲圈， 在電極表面形成一層多孔聚氨酯半透膜作為保護層，即在電極表面形成一聚氨酯保護層 O3U膜）； 曝充分調(diào)控融合上膜后的電極在干燥箱中干燥8h后，將電極置于PBS緩沖液中72h，使 電極各層充分調(diào)控融合； 電極裝配將電極尾端固定在基座上，且電極尾端的引出線區(qū)域7與基座中的傳感 部件電路連接。
[0026] 上述步驟①~?制備的電極如果需要保存時，可以放置在25°C的干燥箱中干燥保 存以備用。
[0027] 采用該方法制備的傳感器電極，金層與PI表面緊密結(jié)合，金納米顆粒整齊、緊致、 均勻分布，金層均勻、致密性高，與其他技術(shù)加工形成的金層相比，該金層可以承受在其表 面的電化學(xué)沉積鉑等功能修飾，而不會隨沉積時間積累發(fā)生金屬層與非金屬層剝離、脫落 現(xiàn)象。再者，由于電極工作面是由圓孔邊緣厚度約為10~15μπι的金/鉑層，這一微米級別的電 極結(jié)構(gòu)有效增強了傳質(zhì)性能，起到了增強電化學(xué)反應(yīng)性能的作用;通孔結(jié)構(gòu)與碳納米管多 孔結(jié)構(gòu)相結(jié)合，也起到增加酶固載量，保護酶活性的作用，增強了傳感器的長期穩(wěn)定性。
[0028] 葡萄糖連續(xù)響應(yīng)測試:將IOml空白PBS溶液(ρΗ7.2)注入檢測池，并將檢測池 放置在磁力攪拌器工作臺上，使磁力攪拌器加熱面保持在(37°C±2°C)至少5min，使檢測池 溫度保持在37°C±2°C并保持磁子轉(zhuǎn)速200轉(zhuǎn)/min。將傳感器浸入檢測腔溶液表面以下 5mm處，應(yīng)用計時電流法（i-t)進行連續(xù)響應(yīng)測試，設(shè)定恒電壓電位0.3V。待上電初始化 40min以上后每隔5分鐘，向檢測池中注射一定量的葡萄糖溶液，使檢測池中的葡萄糖濃 度在0~33mM連續(xù)上升，如附圖6所示。附圖7為傳感器的線性度，附圖8是從OmM到3mM時的 響應(yīng)變化過程。由此看出，該傳感器具有較寬的線性響應(yīng)范圍，在0~30mM范圍內(nèi)，線性度可 達99%以上，平均靈敏度達lOOyAcnfRmmol/Lr 1。該傳感器還具有快速的響應(yīng)速度，考慮到 每次注射葡萄糖到檢測池濃度均衡時間的影響，每次梯度濃度變化的響應(yīng)時間約在15~ 30s范圍內(nèi)，平均響應(yīng)時間約25s。
[0029] 附圖9為本傳感器對抗壞血酸、尿酸和的醋氨酚抗干擾試驗數(shù)據(jù)分析圖，其中：a. 4.Ommol /],葡萄糖；b. 0.1 mmol/L抗壞血酸；c. 0.5 mmol/L尿酸；d. 0.2mmol/L 醋 氨酚；e. 4.0mmol/L葡萄糖；f. 4.0mmol/L葡萄糖。由圖中得出，本發(fā)明的葡萄糖監(jiān)測 傳感器對尿酸、抗壞血酸、醋氨酚都有良好的抗干擾性，本發(fā)明傳感器具有Nafion/碳納米 管網(wǎng)絡(luò)多孔內(nèi)層，對傳感器的抗干擾性起到積極的作用，另一方面，本傳感器結(jié)構(gòu)上具有 很近的工作電極與參比-對電極間隙，使得傳感器可在低于0.5V的工作電壓下仍表現(xiàn)出較 好的檢測范圍與線性范圍。
[0030] 本發(fā)明的葡萄糖監(jiān)測傳感器通過將酶層溶入Nafion/碳納米管形成的多孔網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)中，使得酶的負載量大大提高，減少葡萄糖分子直接進入電極層的可能，有效促進響應(yīng) 電流的穩(wěn)定性。
【主權(quán)項】
1. 一種柔性電化學(xué)電極，其特征在于：電極基體（1)由高分子薄膜制成，電極基體（1)兩 側(cè)面均通過表面金屬化技術(shù)沉積一金層(2、20)，該兩個金層(2、20)分別作為工作電極(A) 和參比-對電極（B);工作電極（A)由金層（2)至外側(cè)分別覆蓋有鉑黑層（3)、碳納米管/ Nafion網(wǎng)孔層(4)、酶生化敏感層（5)、聚氨酯保護層(6);參比-對電極(B)由金層(20)至外 分別覆蓋有鉑黑層(30)和聚氨酯保護層(60);電極基體（1)上開有貫通兩側(cè)聚氨酯保護層 (6、60)的通孔(9)，且通孔(9)處涂覆有親水性高分子層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性電化學(xué)電極，其特征在于：電極上的通孔(9)為圓孔、方孔 或叉指梳狀孔。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性電化學(xué)電極，其特征在于:高分子薄膜厚度為20μπι~200μ m;電極基體(1)兩側(cè)的金層(2、20)厚度至少為54111。4. 一種連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器，其特征在于:包括引線基座和權(quán)利要求1所述的柔性電 化學(xué)電極，且電極呈細針狀，所述細針狀電極直徑不超過〇. 3mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器，其特征在于:所述高分子薄膜厚度至 少為20μηι;電極基體(1)兩側(cè)的金層(2、20)厚度至少為5μηι。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器，其特征在于：電極上的通孔(9)為圓 孔、方孔或叉指梳狀孔，且電極上的通孔(9)的直徑或?qū)挾炔怀^0.15mm。7. -種權(quán)利要求4所述連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器的制備方法，其包括以下步驟： ① PI切片除污將厚度至少為20μπι的高分子薄膜材料切成片材，分別置于丙酮、乙醇、 去離子水中超聲5min后烘干，去除表面的油污； ② 沉積聚多巴胺層將清潔后的片材浸入多巴胺鹽酸鹽溶液(pH8.5,2mg/ml)中，并在 室溫下置于脫色搖床上，在空氣中氧化24h后，在片材表面形成一層聚多巴胺，然后放入去 離子水中浸泡清洗8h后，置于80°C烘箱中干燥； ③ 沉積催化層將干燥后的片材浸入0. lwt%的十八烷基三甲基氯化銨（STAC)溶液中 靜置5s后取出晾干，然后置于鉑納米溶膠中30min，在片材表面吸附一鉑納米顆粒層，取出 后用去離子水輕輕沖洗表面，去除未固定化的鉑納米顆粒后晾干； ④ 化學(xué)沉積金層將晾干后的片材置于鍍金液（含10mM氯金酸與20mM過氧化氫）中 15min后取出，并迅速置于120°C烘箱中退火50min后關(guān)閉烘箱，待烘箱內(nèi)溫度降到室溫后 取出片材，此時，片材表面沉積有一層光亮、致密牢固的金層； ⑤ 電沉積鉑黑層將清洗后的鍍金電極置于鍍鉑液（3wt%氯鉑酸，0.25wt%醋酸鉛）中， 以鉑絲為對電極，采用恒電壓法，設(shè)定工作電位為-2.5V，沉積時間120s，在電極兩面同時電 沉積一層致密的鉑黑層； ⑥ Parylene絕緣處理在片材兩面派射或涂覆Parylene絕緣層； ⑦ 打孔形成工作面在設(shè)定電極工作區(qū)域表面激光制備通孔(9)形成工作區(qū)域； ⑧ 吸附碳納米管網(wǎng)孔層將電極浸入碳納米管的Nafion分散液中（碳納米管水分散 液:5wt% Nafion=l:4)，用恒電位法，設(shè)定工作電壓為IV，工作時間10s，在工作電極孔外 周表面形成碳納米管網(wǎng)孔層； ⑨ 交聯(lián)固化將電極倒懸于底部有25%戊二醛的容器中，在40°C烘箱中交聯(lián)60min后置 于4°C冰箱中保存2h，使碳納米管網(wǎng)孔層與基底牢固結(jié)合； ⑩ 電吸附GOx酶層將電極工作部分浸入GOx酶溶液中（BSA: G0x=l:3,濃度30mg/ ml)，以碳納米管網(wǎng)孔層側(cè)面為工作電極，另一面為對電極，用恒電位法，設(shè)定工作電壓為 0.3V，工作時間2400s，然后將電極保存于4°C冰箱中8h，使GOx充分嵌入到碳納米管網(wǎng)孔 層內(nèi)形成GOx酶層； 藝切割電極用紫外激光切割機將片材切割成細絲狀、單層雙面的電極； _形成聚氨酯保護層將4wt%的聚氨酯溶于98v%四氫呋喃和2v%二甲基甲酰胺的混合 溶液，形成聚氨酯溶液，將電極傳感部分緩緩穿過沾有該聚氨酯溶液、內(nèi)徑為2mm的鋼絲圈， 在電極表面形成一聚氨酯保護層； 瞻電極裝配將電極尾端固定在基座上，且電極尾端的引出線區(qū)域(7)與基座中的傳感 部件電路連接。8. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器的制備方法，其特征在于:步驟③中所 述鉬納米溶膠的制備方法是，0.25mmol氯鉬酸溶于91.5ml水中，將5mg PVP溶于5ml 水后加入氯鉑酸溶液中，再將lmmol硼氫化鈉溶于l〇ml水中，取lml緩緩加入PVP與 氯鉑酸的混合溶液，同時劇烈振蕩后在室溫下靜置24小時即可。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器的制備方法，其特征在于:步驟⑩所述 形成GOx酶層后，采用步驟⑨所述的交聯(lián)固化方法，使酶層充分交聯(lián)固化，再用去離子水沖 去未充分固定的酶。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的連續(xù)葡萄糖監(jiān)測傳感器的制備方法，其特征在于:步驟_形成 聚氨酯保護層之后，將上膜后的電極在干燥箱中干燥8h，然后將電極置于PBS緩沖液中72h， 使電極各層充分調(diào)控融合。
【文檔編號】C23C28/02GK105943058SQ201610339920
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】陳瑋
【申請人】杭州宇殼科技有限公司