一种可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器及其制备方法，涉及柔性传感器领域。此制备方法柔性基底上设有检测电极组件，所述检测电极组件包括从上之下依次平列设置的对电极、工作电极与参比电极，且三者彼此平行且互不接触；对电极、工作电极和参比电极的的两端分别为工作区和电极连接区，且三者的工作区位于同侧，三者的中部均覆盖有绝缘层，以使三者各自的工作区和电极连接区彼此绝缘，所述工作电极工作区覆设有对尿酸敏感的负载金属纳米粒子的氮掺杂碳材料。此尿酸传感器的基底由柔性绝缘材料制成，灵敏度高、柔韧性好且相比于酶传感器，不会出现酶失活等缺点，且制备条件简单，条件易控。

A flexible strip uric acid sensor for real-time detection of body fluids and its preparation method

The invention provides a flexible strip uric acid sensor capable of real-time detection of body fluids and a preparation method thereof, which relates to the field of flexible sensors. The flexible substrate of the preparation method is provided with a detection electrode assembly, which comprises a pair of electrodes, a working electrode and a reference electrode arranged in parallel from the top to the bottom, and the three electrodes are parallel and non-contact with each other; the two ends of the electrodes, a working electrode and a reference electrode are respectively working area and an electrode connection area, and the working area of the three electrodes is located on the same side, and the middle of the three electrodes is covered. An insulating layer is covered to insulate the working area and the electrode connecting area of each of them. The working area of the working electrode is covered with nitrogen-doped carbon material loaded with metal nanoparticles sensitive to uric acid. The substrate of the uric acid sensor is made of flexible insulating material, which has high sensitivity and flexibility. Compared with the enzyme sensor, it has no disadvantages such as inactivation of enzyme, and the preparation conditions are simple and easy to control.

【技术实现步骤摘要】
一种可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器及其制备方法
本专利技术涉及柔性传感器领域，且特别涉及一种可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器及其制备方法。
技术介绍
生物指标体液在医疗诊断中发挥巨大作用。大多生物指标是从人体分泌物中提取。尿酸(UA)即(2,4,6-三羟基嘌呤)，其是来自嘌呤衍生物并由肾脏排泄的最终代谢产物，是重要的生物指标之一。体液中的尿酸浓度异常是许多临床疾病的信号，例如痛风，肾病和心血管疾病。因此，快速、准确和可靠地检测体液中的尿酸是诊断和治疗的必要条件。目前，可用于尿酸检测的可靠技术是化学发光、色谱和电化学技术。其中，酶电化学技术是UA临床分析最可接受的方法，但它具有一些缺点，例如由于酶的失活而导致耐久性问题等。因此，实用性好、成本低、选择性强、非酶的尿酸传感器至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器，此传感器的基底由柔性绝缘材料制成，电极线上涂覆有对尿酸敏感的负载金属纳米粒子的氮掺杂碳材料，灵敏度高、柔韧性好，且相比于酶传感器，不会出现酶失活等缺点。本专利技术的另一目的在于提供一种可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器的制备方法，该制备方法材料简单易得，条件易控。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提供一种可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器，柔性基底上设有检测电极组件，所述检测电极组件包括从上之下依次平列设置的对电极、工作电极与参比电极，且三者彼此平行且互不接触；所述对电极、所述工作电极、所述参比电极的的两端分别为工作区和电极连接区，且三者的工作区位于同侧，三者的中部均覆盖有绝缘层，以使三者各自的工作区和电极连接区彼此绝缘，所述工作电极工作区覆设有对尿酸敏感的负载金属纳米粒子的氮掺杂碳材料。进一步地，所述柔性基底为条带状，长度为1.5～5cm，宽度为0.5～1.5cm；所述对电极、所述工作电极、所述参比电极均为条状电极，长度均为1.2～4.5cm，宽度均为0.25～1mm；所述工作电极的工作区面积为1.0～5.0mm2；所述参比电极的工作区的面积0.5～5.0mm2，所述对电极的工作区面积是所述工作电极的工作区面积的1～3倍。本专利技术提供一种上述的可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在所述柔性基底表面制备所述对电极、所述工作电极和所述参比电极；步骤二，在所述对电极、所述工作电极和所述参比电极的中部覆盖所述绝缘层，以使三者各自的工作区和电极连接区彼此绝缘。进一步地，所述柔性基底选自聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、纸、纸板、陶瓷、再生丝素蛋白中的一种或多种的复合物。进一步地，在所述柔性基底表面制备所述对电极、所述工作电极和所述参比电极的步骤，具体包括：S1，使用丝网印刷或喷墨印刷技术在所述柔性基底表面印刷出三条电极线；其中，所述电极线的材料选自石墨、石墨烯、碳纳米管、铂、钯、银、金中的一种或多种；S2，在中间的所述电极线的一端涂覆所述氮掺杂碳材料形成所述工作电极；在另一条所述电极线的一端涂覆银/氯化银材料形成所述参比电极；剩下一条所述电极线的一端涂覆导电材料形成所述对电极，且所述对电极的导电材料与所述电极线的材料相同；所述对电极、所述工作电极和所述参比电极的涂覆区域分别作为三者的工作区；其中，所述银/氯化银材料由银纳米粒子或银纳米线经FeCl3溶液氯化制成。进一步地，所述负载金属纳米粒子的氮掺杂碳材料中的碳材料为石墨、多孔碳、碳纳米管或石墨烯。进一步地，氮掺杂多孔碳由含有巯基的生物蛋白经碳化得到；其中，所述生物蛋白选自角蛋白、牛血清白蛋白、改性角蛋白、改性牛血清白蛋白、酪氨酸蛋白激酶、修饰蛋白激酶、β-乳球蛋白、修饰β-乳球蛋白、大豆蛋白11S、修饰大豆蛋白11S、人血清白蛋白、修饰人血清白蛋白、α球蛋白、修饰α球蛋白、肌动蛋白、修饰肌动蛋白、冠蛋白、修饰冠蛋白、纤维连接蛋白、修饰纤连蛋白、肌球蛋白、修饰肌球蛋白、血影蛋白、修饰血影蛋白、原肌球蛋白、改良原肌球蛋白、微管蛋白、修饰微管蛋白和修饰β球蛋白中的一种或多种。进一步地，负载金属纳米粒子的氮掺杂多孔碳材料按照以下步骤制备：S21，在含有生物蛋白和金属前驱体的混合液中加入碱液反应得到反应液，所述反应液中含有金属纳米粒子、生物蛋白质、碱性反应介质；将所述反应液静置反应一段时间后，干燥获得金属纳米粒子@生物蛋白；S22，将所述金属纳米粒子@生物蛋白在100℃～1000℃条件下碳化，得到蛋白质基氮掺杂碳/金属纳米粒子复合材料。进一步地，在步骤S22中，所述碳化步骤包括：S221，在惰性气氛下，将所述金属纳米粒子@生物蛋白以1～5℃/min的升温速率升温至100～200℃维持1～4h；S222，以1～10℃/min的升温速率升温至250～450℃保持2～5h；S223，以3～7℃/min的升温速率升温至400～1000℃保持1～4h；以及S224，以7～20℃/min的降温速率降温至20～30℃后取出，碳化产物经洗涤干燥后得到所述蛋白质基氮掺杂碳/金属纳米粒子复合材料。进一步地，所述绝缘层由柔性疏水材料制成。本专利技术实施例提供的可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器及其制备方法的有益效果是：(1)本专利技术提供的可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器，该尿酸传感器是基于三电极的电化学系统，由于尿酸在溶液中易于在电极处被氧化并释放电子，所述工作电极的敏感材料催化尿酸进行氧化反应释放电子，使得溶液中尿酸都向敏感材料移动，尿酸浓度越高，电子释放量越多，电流越大，从而经过相应的换算得出尿酸含量。该尿酸传感器响应快、体积小，可用于分析人体体液的尿酸水平，即健康状况的检测。(2)本专利技术提供的可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器的制备方法，材料简单易得，条件易控，且使用的对尿酸敏感的材料为负载金属纳米粒子的氮掺杂碳材料。其中，属负载金属纳米粒子的氮掺杂多孔碳材料的效果最佳。该材料选择具有巯基(-SH)的生物蛋白(BP)材料作为还原剂和修饰剂，将金属离子还原成原子形式，随后形成金属纳米粒子(MNPs)。而残余的蛋白质中的巯基则会和金属纳米粒子形成配位，从而对纳米粒子修饰性包裹，增加了纳米粒子的稳定性。将得到的金属纳米粒子@生物蛋白(MNPs@BP)混合液冷冻干燥后高温碳化，获得金属纳米粒子负载的氮掺杂多孔碳材料(MNPs@NPC)。此方法制备的金属纳米粒子可以良好的分散于多孔碳基体中，因此可提供丰富的电化学活性位点。同时多孔碳基体具有高比表面积、高孔隙率特性，尿酸分子通过这些空隙与金属纳米粒子接触，而后尿酸分子在电极处被氧化，金属纳米粒子的为其提供催化活性位点，加快了尿酸分子的氧化，而且MNPs@NPC具有的高导电性能促进了电荷和离子在电极表面快速转移，降低了电化学传输内阻，提高了传感器的灵敏度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为实施例1提供的可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器的制备流程图；图2为实施例2提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器，其特征在于，柔性基底上设有检测电极组件，所述检测电极组件包括从上之下依次平列设置的对电极、工作电极与参比电极，且三者彼此平行且互不接触；所述对电极、所述工作电极、所述参比电极的的两端分别为工作区和电极连接区，且三者的工作区位于同侧，三者的中部均覆盖有绝缘层，以使三者各自的工作区和电极连接区彼此绝缘，所述工作电极工作区覆设有对尿酸敏感的负载金属纳米粒子的氮掺杂碳材料。

【技术特征摘要】
1.一种可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器，其特征在于，柔性基底上设有检测电极组件，所述检测电极组件包括从上之下依次平列设置的对电极、工作电极与参比电极，且三者彼此平行且互不接触；所述对电极、所述工作电极、所述参比电极的的两端分别为工作区和电极连接区，且三者的工作区位于同侧，三者的中部均覆盖有绝缘层，以使三者各自的工作区和电极连接区彼此绝缘，所述工作电极工作区覆设有对尿酸敏感的负载金属纳米粒子的氮掺杂碳材料。2.根据权利要求1所述的可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器，其特征在于，所述柔性基底为条带状，长度为1.5～5cm，宽度为0.5～1.5cm；所述对电极、所述工作电极、所述参比电极均为条状电极，长度均为1.2～4.5cm，宽度均为0.25～1mm；所述工作电极的工作区面积为1.0～5.0mm2；所述参比电极的工作区的面积0.5～5.0mm2，所述对电极的工作区面积是所述工作电极的工作区面积的1～3倍。3.一种如权利要求1～2任意一项所述的可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在所述柔性基底表面制备所述对电极、所述工作电极和所述参比电极；步骤二，在所述对电极、所述工作电极和所述参比电极的中部覆盖所述绝缘层，以使三者各自的工作区和电极连接区彼此绝缘。4.根据权利要求3所述的可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器的制备方法，其特征在于，所述柔性基底选自聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、纸、纸板、陶瓷、再生丝素蛋白中的一种或多种的复合物。5.根据权利要求3所述的可实时检测体液的柔性条带状尿酸传感器的制备方法，其特征在于，在所述柔性基底表面制备所述对电极、所述工作电极和所述参比电极的步骤，具体包括：S1，使用丝网印刷或喷墨印刷技术在所述柔性基底表面印刷出三条电极线；其中，所述电极线的材料选自石墨、石墨烯、碳纳米管、铂、钯、银、金中的一种或多种；S2，在中间的所述电极线的一端涂覆所述氮掺杂碳材料形成所述工作电极；在另一条所述电极线的一端涂覆银/氯化银材料形成所述参比电极；剩下一条所述电极线的一端涂覆导电材料形成所述对电极，且所述对电极的导电材料与所述电极线的材料相同；所述对电极、所述工作电极和所述参比电极的涂覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向阳，安尼如德·帕蒂尔，吴荣辉，孟照辉，马丽芸，刘强，邱武，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35