一种电化学传感元件的制备方法

1.本发明涉及一种电化学传感元件的制备方法，属于复合材料领域。


背景技术：

2.随着科技的不断进步，个性化医疗逐渐发展成为一个热门话题。基于汗液和其他非侵入性的可穿戴生物传感器迅速发展，这类传感器通过采集富含人体生理信息的汗液来进行无创、实时监测和诊断个人的健康状况。过去的研究显示，仅凭借汗液或其它非侵入性的生物传感器，很难准确检测到生物体的健康状态，因为它们仅能够检测特定的物质，而且还没有足够的现场信号处理电路和传感器校准机制来保证精度。目前主要的检测方法有分光光度法、比色法、荧光法、电化学检测法等。其中，电化学检测由于其快速、低成本、易于集成和现场应用的特点，被认为是一种潜在和有前途的方法。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的问题在于针对现有电化学汗液传感器耐久性、灵敏度的问题，提供了一种电化学传感元件的制备方法。该传感器的主要特点是高灵敏度、低功耗等，能满足各种场合下对汗液实时监测的需求。本发明中电化学汗液传感贴片的制备方法为：先在工作电极表面沉积一层普鲁士蓝，然后对电极进行功能化，最后对传感器件进行组装得到。本发明可以穿戴或与人体皮肤结合，以连续和密切监测个人的活动，而且不会打断或限制用户的动作。这些将进一步丰富汗液可控采集和检测体系，为最终实现电化学汗液传感贴片的临床应用提供重要支持。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
5.(1)普鲁士蓝的沉积：为了提高葡萄糖传感器的性能，通过固定扫描电压、循环次数和扫速等参数，在工作电极上沉积一层普鲁士蓝，沉积液为现配的fecl3、kcl、k3fe(cn)6和hcl的混合溶液；
6.(2)前驱液的制备：将壳聚糖溶解在一定浓度的乙酸中，磁力搅拌一定时间形成壳聚糖溶液；向该溶液中加入一定量的单壁碳纳米管(swcnts)，形成壳聚糖/swcnts混合分散液，将该混合液与葡萄糖氧化酶(gox)溶液以一定的体积比充分混合；
7.(3)电极功能化：取(2)中制得的最终混合液滴加到工作电极上；
8.(4)传感器件的组装：将一片特定尺寸的医用胶带、碳电极与一块特定大小的亲水棉织物组合在一起，形成简单的传感器件。在皮肤和传感器阵列之间放置一个吸水的棉布，以吸收和保持足够的汗液。
9.作为优选，步骤(1)中扫描电压为0-2v，循环次数为0-6次，扫速为10-60mv s-1
。沉积液中fecl3的用量为1-10mm、kcl的用量为50-200mm、k3fe(cn)6的用量为1-6mm、hcl的用量为80-210mm。
10.作为优选，步骤(2)中乙酸的用量为0.5-10％，磁力搅拌的时间为20-120min，swcnts的浓度为1-10mg/ml，磷酸盐缓冲溶液的浓度为2-40mg/ml，其ph值为7.0-9.0，混合
液与gox溶液的体积比为0-20。
11.作为优选，步骤(4)中医用胶带的尺寸为2
×
4cm，亲水棉织物的尺寸为1
×
2cm。
12.由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
13.(1)前驱体溶液的制备过程中加入了一定量的单壁碳纳米管，单壁碳纳米管具有优异的电性能、金属性能和半导体性能，特别是生物相容性，是促进均匀电子转移的合适候选材料，制备的前驱体溶液具有良好的电化学性能，可作为电极材料使用；
14.(2)本发明对工作电极沉积了一层普鲁士蓝，普鲁士蓝具有良好的催化效果，能够有效提升壳聚糖/swcnts的电化学性能。该材料被认为具有很大的潜力，可以被广泛应用于电化学传感器、生物传感器等领域；
15.(3)本发明制得的基于壳聚糖/swcnts的电化学传感原件具有便携性、高灵敏度等优异的性能，且其制备方法简单，成本较低。
16.(4)本发明制备的电化学传感元件在人体实时运动监测、医疗健康检测等领域表现出广阔的应用前景。
附图说明
17.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明及解释，并不限于本发明的范围。其中：
18.图1：为本发明中实施例1的结果图。
19.图2：为本发明中实施例2的结果图。
20.图3：为本发明中实施例3的结果图。
具体实施方式
21.下面结合附图与具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。
22.实施例1：将一片特定尺寸的医用胶带、碳电极与一块特定大小的亲水棉织物组合在一起，形成简单的传感器件。如图1所示，制备的可穿戴电化学汗液传感贴片的拆分示意图。
23.实施例2：将功能化后的电极在葡萄糖浓度为200μa时采用cv法进行测定，得到相应的cv曲线。如图2所示，电催化电流显示出正相关性，表明该电极具有良好的敏感性，可以作为葡萄糖传感器的有效电极。
24.实施例3：采用计时安培法，得到不同葡萄糖浓度下电极的电流响应曲线。如图3所示，该响应曲线存在一定的规律。同时还可以通过记录最高电流和背景电流之间的差值，对电流响应曲线进行拟合，进一步探究葡萄糖浓度和时间之间的关系。


技术特征：
1.一种电化学传感元件的制备方法，包括以下步骤：(1)普鲁士蓝的沉积：为了提高葡萄糖传感器的性能，通过固定扫描电压、循环次数和扫速等参数，在工作电极上沉积一层普鲁士蓝，沉积液为现配的fecl3、kcl、k3fe(cn)6和hcl的混合溶液；(2)前驱液的制备：将壳聚糖溶解在一定浓度的乙酸中，磁力搅拌一定时间形成壳聚糖溶液；向该溶液中加入一定量的单壁碳纳米管(swcnts)，形成壳聚糖/swcnts混合分散液，将该混合液与葡萄糖氧化酶(gox)溶液以一定的体积比充分混合；(3)电极功能化：取(2)中制得的最终混合液滴加到工作电极上；(4)传感器件的组装：将一片特定尺寸的医用胶带、碳电极与一块特定大小的亲水棉织物组合在一起，形成简单的传感器件。在皮肤和传感器阵列之间放置一个吸水的棉布，以吸收和保持足够的汗液。2.根据权利要求1所述一种电化学传感元件的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)中扫描电压为0-2v，循环次数为0-6次，扫速为10-60mv s-1
。沉积液中fecl3的用量为1-10mm、kcl的用量为50-200mm、k3fe(cn)6的用量为1-6mm、hcl的用量为80-210mm。3.根据权利要求1所述一种电化学传感元件的制备方法，其特征在于，上述步骤(2)中乙酸的用量为0.5-10％，磁力搅拌的时间为20-120min，swcnts的浓度为1-10mg/ml，磷酸盐缓冲溶液的浓度为2-40mg/ml，其ph值为7.0-9.0，混合液与gox溶液的体积比为0-20。4.根据权利要求1所述一种电化学传感元件的制备方法，其特征在于，上述步骤(4)中医用胶带的尺寸为2
×
4cm，亲水棉织物的尺寸为1
×
2cm。

技术总结
本发明涉及一种电化学传感元件的制备方法，属于复合材料领域。该传感器的主要特点是高灵敏度、低功耗等，能满足各种场合下对汗液实时监测的需求。本发明中电化学汗液传感贴片的制备方法为：先在工作电极表面沉积一层普鲁士蓝，然后对电极进行功能化，最后对传感器件进行组装得到。本发明可以穿戴或与人体皮肤结合，以连续和密切监测个人的活动，而且不会打断或限制用户的动作。这些将进一步丰富汗液可控采集和检测体系，为最终实现电化学汗液传感贴片的临床应用提供重要支持。贴片的临床应用提供重要支持。


技术研发人员：李秋瑾 任佳宁 巩继贤
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/22