生物传感器电极及生物传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种生物传感器电极，其包括一多孔金属复合结构，该多孔金属复合结构包括一多孔金属结构及一碳纳米管结构，该碳纳米管结构固定在所述多孔金属结构的表面，所述碳纳米管结构包括多根碳纳米管，所述多孔金属复合结构包括多个褶皱部。本发明专利技术进一步涉及一种生物传感器。

【技术实现步骤摘要】
生物传感器电极及生物传感器
本专利技术涉及一种生物传感器电极及生物传感器。
技术介绍
生物传感器用于检测生物分子的浓度，需要具有灵敏度高，可靠性好，反应迅速，选择性良好以及成本低的特点。该生物传感器由分子识别元件和信号转换元件构成，该分子识别元件识别生化反应信号，转换元件用于将生化反应信号转换成电信号。生物传感器中的分子识别元件一般由电极和具有电催化性能的材料组成，所述具有电催化性能的材料一般通过粘结或物理接触与所述电极组合，该电极用于收集生化反应产生的电流，所述具有电催化性能的材料与待测的生物分子进行生化反应，用于进行催化。目前，一般采用的电极材料为纳米多孔金属，由于该纳米多孔金属具有较大的比表面积，实现更高的灵敏度和更低的检测限度。但是，如图1所示，该皱缩的纳米多孔金属存在韧带连接不完整的现象，使得该皱缩的纳米多孔金属机械强度低及韧性差，容易发生断裂，从而影响生物传感器电极和生物传感器的使用寿命。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种使用寿命较长的生物传感器电极和生物传感器。一种生物传感器电极，该电极包括一多孔金属复合结构，该多孔金属复合结构包括一多孔金属结构及一碳纳米管结构，该碳纳米管结构固定在所述多孔金属结构的表面，所述碳纳米管结构包括多根碳纳米管，所述多孔金属复合结构包括多个褶皱部。一种生物传感器，该生物传感器包括一分子识别元件和一信号转换元件，所述分子识别元件用于识别待测生物分子被催化后产生的生化反应信号，所述信号转换元件将所述分子识别元件识别到的生化反应信号转换成电化学信号，所述分子识别元件包括一多孔金属复合结构，该多孔金属复合结构包括一多孔金属结构及一碳纳米管结构，该碳纳米管结构固定在所述多孔金属结构的表面，所述碳纳米管结构包括多根碳纳米管，所述多孔金属复合结构包括多个褶皱部。与现有技术相比较，本专利技术提供的生物传感器电极及生物传感器中碳纳米管固定于所述多孔金属结构的表面，且由于碳纳米管具有良好的机械强度及韧性，所述多孔金属复合结构不容易断裂，提高了生物传感器电极及生物传感器的韧性，从而延长了生物传感器电极及生物传感器的使用寿命。附图说明图1是现有技术中褶皱的纳米多孔金膜在高倍下的扫描电镜图。图2是本专利技术实施例提供的形成有MnO2的多孔金属复合结构在高倍镜下的扫描电镜图。图3是本专利技术实施例提供的多孔金属复合结构在低倍镜下的扫描电镜图。图4是本专利技术实施例提供的多孔金属复合结构在高倍镜下的扫描电镜图。图5是本专利技术实施例提供的多孔金属复合结构的扫描电镜图。图6是本专利技术实施例图5中褶皱部的结构示意图。图7是本专利技术实施例提供的多孔金属复合结构制备方法的流程示意图。图8是本专利技术实施例提供的多孔金属复合结构中纳米多孔金膜的扫描电镜表征图。图9是本专利技术实施例提供的多孔金属复合结构中第二复合结构的扫描电镜表征图。图10是本专利技术实施例提供的多孔金属复合结构中第二复合结构的扫描电镜图。具体实施方式以下将结合附图及具体实施例，对本专利技术提供的生物传感器电极及生物传感器作进一步详细说明。本专利技术提供一种生物传感器电极，其包括一多孔金属复合结构，该多孔金属复合结构包括一多孔金属结构及一碳纳米管结构，该碳纳米管结构固定在所述多孔金属结构的表面，所述碳纳米管结构包括多根碳纳米管，所述多孔金属复合结构包括多个褶皱部。所述生物传感器电极可以仅由多孔金属复合结构构成，因为一方面所述碳纳米管结构具有良好的机械强度、韧性和导电性，另一方面多孔金属结构和碳纳米管结构均具有良好的催化性能，所以该多孔金属复合结构既有导电性又有催化性，可以同时收集电子和进行催化反应。请参阅图2，所述生物传感器电极可以进一步包括催化材料，该催化材料设置于所述多孔金属复合结构的表面。进一步，所述催化材料位于所述碳纳米管结构中相邻碳纳米管之间的间隙和多孔金属结构的韧带上。所述催化材料与多孔金属结构一体化，无需引入任何添加剂，降低了电极的内部电阻，提高了生物传感器电极的导电性。该催化材料可以为金属氧化物、金属等，能够进一步提高生物传感器电极的催化性能。所述金属氧化物可以为Co3O4、MnO2、TiO2等材料，所述金属氧化物的形状可以为纳米颗粒、纳米片、纳米花等。所述电极可以为正极或负极。本实施例中，将多孔金属复合材料放入含有KMnO4和水合肼的水溶液中，KMnO4被还原形成MnO2颗粒，MnO2颗粒形成在碳纳米管结构的表面、碳纳米管结构中相邻碳纳米管之间的间隙及多孔金属结构的韧带上。请参阅图3及图4，该多孔金属复合结构包括多孔金属结构和一个碳纳米管结构，该碳纳米管结构固定在所述多孔金属结构的表面，所述碳纳米管结构包括多根碳纳米管，所述多孔金属复合结构包括多个褶皱部。所述多孔金属结构可以为多孔金属膜、多孔金属纳米片等任意结构。所述多孔金属结构呈三维网状，所述多孔金属结构包括多个韧带，该多个韧带之间形成多个孔，所述多个孔可以呈规则分布，如三维双连续网络形式分布，也可以呈不规则分布。所述韧带的材料为金、银、铂中的任意一种。该多个孔的孔径为纳米级，优选的，所述多个孔的孔径小于1000nm。所述碳纳米管结构可以通过一连接材料固定于所述多孔金属结构表面。具体地，所述碳纳米管结构中的碳纳米管与所述多孔金属结构中的韧带接触形成多个接触面，该接触面周围设置有连接材料，使碳纳米管结构不容易脱离多孔金属结构的表面。优选的，所述连接材料将所述接触面包裹住。所述连接材料可以为有机粘结材料或金属材料。所述有机粘结材料可以为萘酚等具有粘结作用的材料，所述金属材料可以为Au、Ag、Cu等。优选的，所述金属材料与所述多孔金属结构的材料相同，减小金属材料与多孔金属结构中韧带的接触电阻。请参阅图5及图6，所述多个褶皱部100相互连接形成一连续结构。该褶皱部100由多孔金属结构110和碳纳米管结构120共同弯折构成。这一点也可以从上述图3中看出。在所述褶皱部100处，碳纳米管结构120的褶皱处的碳纳米管可以沿同一方向延伸。具体的，碳纳米管之间通过范德华力首尾相连且沿同一方向排列。可以理解，碳纳米管结构的排列方向也可以不限。所述褶皱部为不可逆转的变形。由于碳纳米管具有良好的韧性，碳纳米管横穿所述褶皱部，起到加固所述褶皱部的作用，碳纳米管结构与所述多孔金属结构固定形成的多孔金属复合结构具有良好的韧性，褶皱部不容易发生断裂，该多孔金属复合结构具备自支持的性能。请参阅图7，本专利技术实施例进一步提供一种多孔金属复合结构的制备方法，其包括以下步骤:步骤S20，提供一基板；该基板的材料选择受热能够收缩的材料。优选的，所述基板为塑料板，该塑料板的材料为聚苯乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲醇乙二酯等。本实施例中，该塑料板的材料为聚苯乙烯。步骤S30，在所述基板的表面固定多孔金属结构，形成第一复合结构；所述固定的方法不限，在某个实施例中，可以通过加热所述基板，使基板稍微熔化从而粘住所述多孔金属结构，优选的，将基板与多孔金属结构在80℃的温度下加热30min～60min；在另外一个实施例中，通过在所述基板与所述多孔金属结构的接触面周围生长金属，具体的，将所述第一复合结构转移到含有Au+、Ag+、Cu+等任意一种金属离子溶液中，在所述含有金属离子的溶液中添加还原剂形成金属颗粒，该金属颗粒通过化学镀的方式沉积在所述多孔金属结构中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物传感器电极，该生物传感器电极包括一多孔金属复合结构，该多孔金属复合结构包括一多孔金属结构及一碳纳米管结构，该碳纳米管结构固定在所述多孔金属结构的表面，所述碳纳米管结构包括多根碳纳米管，所述多孔金属复合结构包括多个褶皱部。

【技术特征摘要】
1.一种生物传感器电极，该生物传感器电极包括一多孔金属复合结构，该多孔金属复合结构包括一多孔金属结构及一碳纳米管结构，该碳纳米管结构固定在所述多孔金属结构的表面，所述碳纳米管结构包括多根碳纳米管，所述多孔金属复合结构包括多个褶皱部。2.如权利要求1所述的生物传感器电极，其特征在于，所述生物传感器电极进一步包括催化材料，该催化材料设置于所述多孔金属复合结构的表面。3.如权利要求1所述的生物传感器电极，其特征在于，所述褶皱部由多孔金属结构和碳纳米管结构共同弯折构成。4.如权利要求3所述的生物传感器电极，其特征在于，所述褶皱部处的碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿同一方向延伸。5.如权利要求1所述的生物传感器电极，其特征在于，所述多个褶皱部相互连接形成一连续结构。6.如权利要求1所述的生物传感器电...

【专利技术属性】
技术研发人员：付红颖，李文珍，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11