本发明专利技术公开了一种柔性电化学电极、安装有该柔性电化学电极的连续葡萄糖监测传感器及其制备方法，其直接以化学镀金薄膜两面的金层分别作为工作电极与参比‑对电极，构成电化学两电极体系，并在设定的工作电极表面电沉积花瓣状铂纳米颗粒作为催化层，然后电泳沉积碳纳米管/Nafion网孔层作为抗干扰层，并在其上通过静电吸附形成酶生化敏感层，在戊二醛中交联固化后涂覆聚氨酯传质限制保护层，制备成柔性连续葡萄糖监测传感器；该传感器无需光刻或网版印刷等技术构造电化学电极系统，能够有效简化加工工艺、易于实现规模化生产、降低生产成本，同时具有宽线性范围、低检测限、强抗干扰性、高响应灵敏度、以及长期稳定性等特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种生物传感器，尤其涉及一种柔性电化学电极、安装该电化学电极的连续葡萄糖监测传感器及其制备方法，属于电流测定式连续葡萄糖监测传感器
技术介绍
糖尿病是严重威胁人类健康的常见慢性病之一，目前仍无法治愈，但有效的血糖管理可以大幅降低并发症的发生率，提高患者生活质量。血糖检测是糖尿病诊断与管理的金标准，为了解决一日多次的指尖穿刺采血所带来的不便与痛楚，业内技术人员开创了可以植入皮下的连续血糖监测系统（CGMS），例如国际申请号PCT/US2005/032102，国际公布号WO/2006/029293，公开了一种血液接触传感器，其包括一个传感器可以监测到样品的存在及其的装配工具，装配工具有一个传感器终端，固定在传感器上，以及装配工具时适合于静脉流装置联合使用。为了更进一步改善以上述“血液接触传感器”为例的连续血糖监测系统中，葡萄糖传感器兼容性、稳定性等特性，CN101530327A，公开了一种皮下组织实时监测用针状电流测定式葡萄糖传感器及其制作方法，其包括一个针状式参考电极和至少一个针状式工作电极，工作电极由里至外依次为导电层、高分子材料内膜层、酶膜层、高分子材料控制扩散层；该传感器虽然通过针状式电极能够直接植入皮下组织，但是由于该装置包括一个针状式参考电极和至少一个针状式工作电极，植入皮下组织时创伤大。此外，该装置的导电层由金属基体、金属过渡层和贵金属层由内而外组成，由于金属过渡层、贵金属层均需要附着到金属基体表面，制作成本高、加工工艺繁杂。现有技术中，该类传感器也有以柔性聚合物薄膜为基底，在其上印刷碳电极或沉积金电极，通过电极的层层组装或平面错位排布形成电化学三电极检测系统；或者直接利用极细的金属线实现。但这些方法大都工艺复杂，规模化程度低，使得这类产品生产成本高，价格昂贵，制约了 CGMS 系统的推广应用。而且，对于以柔性聚合物薄膜为基底的传感器制备工艺，在绝缘的聚合物薄膜上沉积导线及电极，通常采用真空磁控溅射、光刻、丝网印刷、喷印等技术实现，但真空蒸镀的金属层往往与基底结合力差，非常容易脱落；而光刻工艺中的化学镀方法，薄膜表面化学镀的方法中通常含有危险性或有毒试剂，随着 ROHS及WEEE标准中对这类试剂的严格控制，这类工艺中必需的强氧化剂表面刻蚀工艺逐渐向低温等离子表面处理及过渡层工艺转变，但仍存在工艺复杂，对工件的大小和形状有特殊要求，镀层与基底结合度不好等问题；丝网印刷材料工艺传统，技术成熟，但也存在精度不高，不易于微型化，材料浪费严重的问题，现已逐步向喷印制造发展，但这一新兴的方法仍面临诸多挑战，如喷印墨水的特性调控、喷头堵塞、基底与墨水的结合力问题，墨水的固化方法等。另外，对于以极细的金属线为电极的工艺，一般采用价格高昂的有聚四氟乙烯绝缘外套的铂铱细丝实现，以去除绝缘层的导线部分为工作电极，以涂覆 Ag/AgCl 银浆或缠绕细Ag丝并氯化后的部分为对比电极实现两电极电化学体系，这类工艺原材料成本高，且由于只能在径向构置两电极体系，导致电极传感部分较长，需要植入皮下较深的部位，容易出现意外损伤毛细血管的现象，再者，这种传感器制作工艺繁杂，不利于规模化生产，导致生产成本一直居高不下。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计一种柔性电化学电极、安装有该柔性电化学电极的连续葡萄糖监测传感器及其制备方法，该传感器无需光刻或网版印刷等图案化技术，能够有效简化加工工艺、降低生产成本，且减小植入创伤，提高灵敏度等特性。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。技术方案1：一种柔性电化学电极，其特征在于：电极基体由高分子薄膜制成，电极基体两侧面均通过表面金属化技术沉积一金层，该两个金层分别作为工作电极(A)和参比-对电极(B)；工作电极(A)由金层至外侧分别覆盖有铂黑层、碳纳米管/Nafion网孔层、酶生化敏感层、聚氨酯保护层；参比-对电极(B)由金层至外分别覆盖有铂黑层和聚氨酯保护层；电极基体上开有贯通两侧聚氨酯保护层的通孔，且通孔处涂覆有亲水性高分子层。优选的，电极上的通孔形状为圆孔、方孔或叉指梳状孔。优选的，高分子薄膜厚度为20μm～200μm；电极基体两侧的金层厚度至少为5μm。技术方案2：一种连续葡萄糖监测传感器，其包括引线基座和技术方案1所述的柔性电化学电极，且电极呈细针状，所述细针状电极直径不超过0.3mm。优选的，所述高分子薄膜厚度至少为20μm；电极基体两侧的金层厚度至少为5μm。优选的，电极上的通孔为圆孔、方孔或叉指梳状孔，且电极上的通孔的直径或宽度不超过0.15mm。技术方案3：一种技术方案2所述连续葡萄糖监测传感器的制备方法，其包括以下步骤：①PI切片除污 将厚度至少为20μm的高分子薄膜材料切成片材，分别置于丙酮、乙醇、去离子水中超声5min 后烘干，去除表面的油污；②沉积聚多巴胺层 将清洁后的片材浸入多巴胺盐酸盐溶液（pH8.5，2mg/ml）中，并在室温下置于脱色摇床上，在空气中氧化24h后，在片材表面形成一层聚多巴胺，然后放入去离子水中浸泡清洗8h后，置于80℃烘箱中干燥；③沉积催化层 将干燥后的片材浸入 0.1wt%的十八烷基三甲基氯化铵（STAC）溶液中静置5s后取出晾干，然后置于铂纳米溶胶中30min，在片材表面吸附一铂纳米颗粒层，取出后用去离子水轻轻冲洗表面，去除未固定化的铂纳米颗粒后晾干；④化学沉积金层 将晾干后的片材置于镀金液（含10mM氯金酸与20mM过氧化氢）中15min 后取出，并迅速置于120℃烘箱中退火50min后关闭烘箱，待烘箱内温度降到室温后取出片材，此时，片材表面沉积有一层光亮、致密牢固的金层。⑤电沉积铂黑层 将清洗后的镀金电极置于镀铂液（3wt%氯铂酸，0.25wt%醋酸铅）中，以铂丝为对电极，采用恒电压法，设定工作电位为-2.5V，沉积时间120s，在电极两面同时电沉积一层致密的铂黑层；⑥Parylene绝缘处理 在片材两面溅射或涂覆Parylene绝缘层；⑦打孔形成工作面 在设定电极工作区域表面激光制备通孔形成工作区域；⑧吸附碳纳米管网孔层 将电极浸入碳纳米管的 Nafion 分散液中(碳纳米管水分散液:5wt% Nafion=1：4)，用恒电位法，设定工作电压为 1V，工作时间 10s，在工作电极孔外周表面形成碳纳米管网孔层；⑨交联固化 将电极倒悬于底部有25%戊二醛的容器中，在 40℃烘箱中交联60min后置于4℃冰箱中保存2h，使碳纳米管网孔层与基底牢固结合；⑩电吸附GOx酶层 将电极工作部分浸入 GOx 酶溶液中(BSA: GOx=1:3，浓度30mg/ml)，以碳纳米管网孔层侧面为工作电极，另一面为对电极，用恒电位法，设定工作电压为 0.3V，工作时间 2400s，然后将电极保存于4℃冰箱中8h，使 GOx 充分嵌入到碳纳米管网孔层内形成 GOx 酶层；切割电极 用紫外激光切割机将片材切割成细丝状、单层双面的电极；形成聚氨酯保护层 将4wt%的聚氨酯溶于98v%四氢呋喃和2v%二甲基甲酰胺的混合溶液，形成聚氨酯溶液，将电极传感部分缓缓穿过沾有该聚氨酯溶液、内径为2mm的钢丝圈，在电极表面形成一聚氨酯保护层；电极装配 将电极尾端固定在基座上，且电极尾端的引出线区域与基座中的传感部件电路连接。优选的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种柔性电化学电极，其特征在于：电极基体(1)由高分子薄膜制成，电极基体(1)两侧面均通过表面金属化技术沉积一金层(2、20)，该两个金层(2、20)分别作为工作电极(A)和参比‑对电极(B)；工作电极(A)由金层(2)至外侧分别覆盖有铂黑层(3)、碳纳米管/Nafion网孔层(4)、酶生化敏感层(5)、聚氨酯保护层(6)；参比‑对电极(B)由金层(20)至外分别覆盖有铂黑层(30)和聚氨酯保护层(60)；电极基体(1)上开有贯通两侧聚氨酯保护层(6、60)的通孔(9)，且通孔(9)处涂覆有亲水性高分子层。
【技术特征摘要】
1.一种柔性电化学电极，其特征在于：电极基体(1)由高分子薄膜制成，电极基体(1)两侧面均通过表面金属化技术沉积一金层(2、20)，该两个金层(2、20)分别作为工作电极(A)和参比-对电极(B)；工作电极(A)由金层(2)至外侧分别覆盖有铂黑层(3)、碳纳米管/Nafion网孔层(4)、酶生化敏感层(5)、聚氨酯保护层(6)；参比-对电极(B)由金层(20)至外分别覆盖有铂黑层(30)和聚氨酯保护层(60)；电极基体(1)上开有贯通两侧聚氨酯保护层(6、60)的通孔(9)，且通孔(9)处涂覆有亲水性高分子层。2.根据权利要求1所述的柔性电化学电极，其特征在于：电极上的通孔(9)为圆孔、方孔或叉指梳状孔。3.根据权利要求1所述的柔性电化学电极，其特征在于：高分子薄膜厚度为20μm～200μm；电极基体(1)两侧的金层(2、20)厚度至少为5μm。4.一种连续葡萄糖监测传感器，其特征在于：包括引线基座和权利要求1所述的柔性电化学电极，且电极呈细针状，所述细针状电极直径不超过0.3mm。5.根据权利要求4所述的连续葡萄糖监测传感器，其特征在于：所述高分子薄膜厚度至少为20μm；电极基体(1)两侧的金层(2、20)厚度至少为5μm。6.根据权利要求4所述的连续葡萄糖监测传感器，其特征在于：电极上的通孔(9)为圆孔、方孔或叉指梳状孔，且电极上的通孔(9)的直径或宽度不超过0.15mm。7.一种权利要求4所述连续葡萄糖监测传感器的制备方法，其包括以下步骤：①PI切片除污 将厚度至少为20μm的高分子薄膜材料切成片材，分别置于丙酮、乙醇、去离子水中超声5min 后烘干，去除表面的油污；②沉积聚多巴胺层 将清洁后的片材浸入多巴胺盐酸盐溶液（pH8.5，2mg/ml）中，并在室温下置于脱色摇床上，在空气中氧化24h后，在片材表面形成一层聚多巴胺，然后放入去离子水中浸泡清洗8h后，置于80℃烘箱中干燥；③沉积催化层 将干燥后的片材浸入 0.1wt%的十八烷基三甲基氯化铵（STAC）溶液中静置5s后取出晾干，然后置于铂纳米溶胶中30min，在片材表面吸附一铂纳米颗粒层，取出后用去离子水轻轻冲洗表面，去除未固定化的铂纳米颗粒后晾干；④化学沉积金层 将晾干后的片材置于镀金液（含10mM氯金酸与20mM过氧化氢）中15min 后取出，并迅速置于120℃烘箱中退火50min后关闭烘箱，待烘箱内温度降到室温后取出片材，此时，片材表面沉积有一层光亮、致密牢固的金层...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈玮，
申请(专利权)人：杭州宇壳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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