一种检测溶液中多种成分的电化学传感器及其制备方法技术

一种检测溶液中多种成分的电化学传感器及其制备方法。电化学传感器包括传感芯片，传感芯片包括行列选择电路、敏感阵列、信号转换电路以及信号输出电路，敏感阵列包括多个离子敏感场效应晶体管，行列选择电路用于选择一个离子敏感场效应晶体管与信号输出电路导通，信号转换电路用于将待测溶液中的离子浓度变化转化为电信号，信号输出电路用于将电信号输出；形成于各个离子敏感场效应晶体管的敏感层上的离子敏感膜，不同的离子敏感膜具有不同离子的载体；位于离子敏感膜上的微反应池或微反应通道，微反应池或微反应通道用于注入待测溶液；位于微反应池或微反应通道内的参比电极。本发明专利技术能提高检测速度、灵敏度、降低成本并检测溶液中的多种成分。

【技术实现步骤摘要】
一种检测溶液中多种成分的电化学传感器及其制备方法
本专利技术涉及电化学传感器
，特别涉及一种检测溶液中多种成分的电化学传感器及其制备方法。
技术介绍
在医学、化工、制药、环保与食品等领域，常常需要对溶液中各种成分的浓度进行检测。例如，汗液是人体新陈代谢重要的分泌物，其中包含多种化学物质或者生物标记物，如乳酸、葡萄糖、钠离子、钾离子等，这些代谢物质与血液中承载的相同，能够很好的反应人体的生理状态同时汗液的获取无需对人体造成伤害。此外，汗液中的物质能够先于其他体征提供明显的信息，使得人们能够对疾病、健康状况、毒素暴露、性能以及其他生理属性进行诊断。现有的检测溶液中多种成分的过程较为复杂。例如，为了对汗液中的成分进行检测，通常在采集到汗液样本后，将样本输送至实验室，然后通过大型的实验室设备对样本进行分析，使得汗液的获取与检测过程是分离的，无法提供一个实时的身体状态分析，并且汗液中所含的化学物质丰富，无法用单一电极进行检测；化学物质之间会产生相互干扰，使获得的成分检测结果准确性较差。因此，如何提供一种检测速度快、灵敏度高、操作简单、成本低廉，能够同时检测溶液中多种成分的电化学传感器成为一项亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种检测溶液中多种成分的电化学传感器及其制备方法，以提高检测速度、灵敏度、并能够同时检测溶液中多种成分。为达到上述目的，本专利技术实施例提供一种检测溶液中多种成分的电化学传感器，包括：传感芯片，所述传感芯片包括行列选择电路、敏感阵列、信号转换电路以及信号输出电路，其中，所述敏感阵列包括多个离子敏感场效应晶体管，所述行列选择电路用于选择所述敏感阵列中的一个离子敏感场效应晶体管与所述信号输出电路进行导通，所述信号转换电路用于将待测溶液中的离子浓度变化转化为电信号，所述信号输出电路用于将所述电信号输出；分别形成于各个离子敏感场效应晶体管的敏感层上的离子敏感膜，每个离子敏感膜含有一种离子的载体，且不同的离子敏感膜含有不同离子的载体；形成于所述离子敏感膜上的微反应池或微反应通道，所述微反应池或微反应通道用于注入所述待测溶液；位于所述微反应池或微反应通道内的参比电极。在本专利技术一实施例中，所述离子敏感膜通过有机溶剂和溶质混合，并在有机溶剂挥发后形成，所述有机溶剂为四氢呋喃、三甲基氯化铵中的一种或多种的组合，所述溶质包括离子的载体、固化剂、增塑剂。在本专利技术一实施例中，所述参比电极为双盐桥电极。在本专利技术一实施例中，所述离子敏感膜包括钠离子敏感膜、钾离子敏感膜、氯离子敏感膜、钙离子敏感膜及碳酸根离子敏感膜。在本专利技术一实施例中，所述离子敏感膜为一种酶，所述酶包括葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、尿素酶，以检测所述待测溶液中的有机成分。本专利技术实施例还提供一种检测溶液中多种成分的电化学传感器的制备方法，包括：在传感芯片中的多个离子敏感场效应晶体管的敏感层上涂布有机溶剂和溶质的混合溶液，且在不同离子敏感场效应晶体管的敏感层上涂布的混合溶液中含有不同的溶质，所述不同的溶质中含有不同离子的载体；在所述混合溶液挥发形成离子敏感膜后，在所述离子敏感膜上固定管壳，以形成微反应池或微反应通道；将参比电极置于所述微反应池或微反应通道中。在本专利技术一实施例中，在涂布所述有机溶剂和溶质的混合溶液之前，还包括：对所述离子敏感场效应晶体管的敏感层进行疏水处理；利用隔离材料将各个离子敏感场效应晶体管进行分隔。在本专利技术一实施例中，所述离子敏感场效应晶体管的上方含有钝化层，所述钝化层中包含氮化硅层，将所述氮化硅层作为所述敏感层；或刻蚀所述钝化层，直至所述钝化层下方的顶层金属中的氮化钛层，将所述氮化钛层作为所述敏感层；或在所述氮化钛层表面生长敏感材料，以得到所述敏感层，所述敏感材料包括氮化钛、氧化钽、或者介电常数大于3.9的高介电常数材料。在本专利技术一实施例中，所述方法还包括：通过半导体键合金线将所述传感芯片固定于PCB板上，用紫外胶或黑胶覆盖所述金线与所述传感芯片的引脚，并使所述离子敏感场效应晶体管的敏感层露出；形成所述离子敏感膜之后，在所述PCB板上焊接排针，以对所述传感芯片进行封装。本专利技术实施例还提供一种检测系统，包括：电化学传感器、数据采集模块、时钟控制模块以及数据处理模块；其中，所述电化学传感器包括：传感芯片，所述传感芯片包括行列选择电路、敏感阵列、信号转换电路以及信号输出电路，所述敏感阵列包括多个离子敏感场效应晶体管；分别形成于各个离子敏感场效应晶体管的敏感层上的离子敏感膜，每个离子敏感膜含有一种离子的载体，且不同的离子敏感膜含有不同离子的载体；形成于所述离子敏感膜上的微反应池或微反应通道，所述微反应池或微反应通道用于注入所述待测溶液；位于所述微反应池或微反应通道内的参比电极；所述数据采集模块与所述信号输出电路的输出端相连；所述时钟控制模块与所述数据采集模块和所述传感芯片相连，用于向所述行列选择电路发出时钟信号，以使所述行列选择电路选择所述敏感阵列中的一个离子敏感场效应晶体管与所述信号输出电路导通，并控制所述传感芯片将检测到的电信号输出至所述数据采集模块；所述数据处理模块与所述数据采集模块相连，用于根据所述数据采集模块获取的数据，计算所述待测溶液中的离子的浓度。由以上本专利技术实施例提供的技术方案可见，本专利技术通过在多个离子敏感场效应晶体管的敏感层上形成具有不同离子载体的离子敏感膜，可以对溶液中多种成分的浓度进行检测，并且通过标准CMOS工艺制作的传感芯片体积小，集成度高，可以实现传感器的集成化和微型化，便于携带，成本低廉，此外，离子敏感膜上设置有微反应池或微反应通道，将待测溶液注入微反应池或微反应通道中，即可测试溶液中的指定离子的浓度，操作简单。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，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的附图。图1为在离子敏感场效应晶体管上形成离子敏感膜、微反应腔的结构示意图；图2是本专利技术实施例中的传感芯片的架构图；图3是本专利技术实施例提供的电化学传感器的制备方法流程图；图4是在一个具体的实施例中，对传感芯片进行封装后的结构示意图；图5是本专利技术实施例提供的检测系统的示意图。具体实施方式下面将结合附图和具体实施方式，对本专利技术的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落入本专利技术所附权利要求所限定的范围内。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测溶液中多种成分的电化学传感器，其特征在于，包括：/n传感芯片，所述传感芯片包括行列选择电路、敏感阵列、信号转换电路以及信号输出电路，其中，所述敏感阵列包括多个离子敏感场效应晶体管，所述行列选择电路用于选择所述敏感阵列中的一个离子敏感场效应晶体管与所述信号输出电路导通，所述信号转换电路用于将待测溶液中的离子浓度变化转化为电信号，所述信号输出电路用于将所述电信号输出；/n分别形成于各个离子敏感场效应晶体管的敏感层上的离子敏感膜，每个离子敏感膜含有一种离子的载体，且不同的离子敏感膜含有不同离子的载体；/n形成于所述离子敏感膜上的微反应池或微反应通道，所述微反应池或微反应通道用于注入所述待测溶液；/n位于所述微反应池或微反应通道内的参比电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种检测溶液中多种成分的电化学传感器，其特征在于，包括：
传感芯片，所述传感芯片包括行列选择电路、敏感阵列、信号转换电路以及信号输出电路，其中，所述敏感阵列包括多个离子敏感场效应晶体管，所述行列选择电路用于选择所述敏感阵列中的一个离子敏感场效应晶体管与所述信号输出电路导通，所述信号转换电路用于将待测溶液中的离子浓度变化转化为电信号，所述信号输出电路用于将所述电信号输出；
分别形成于各个离子敏感场效应晶体管的敏感层上的离子敏感膜，每个离子敏感膜含有一种离子的载体，且不同的离子敏感膜含有不同离子的载体；
形成于所述离子敏感膜上的微反应池或微反应通道，所述微反应池或微反应通道用于注入所述待测溶液；
位于所述微反应池或微反应通道内的参比电极。


2.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述离子敏感膜通过有机溶剂和溶质混合，并在所述有机溶剂挥发后形成，所述有机溶剂为四氢呋喃、三甲基氯化铵中的一种或多种的组合，所述溶质包括离子的载体、固化剂、增塑剂。


3.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述参比电极为双盐桥电极。


4.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述离子敏感膜包括钠离子敏感膜、钾离子敏感膜、氯离子敏感膜、钙离子敏感膜及碳酸根离子敏感膜。


5.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述离子敏感膜为一种酶，所述酶包括葡萄糖氧化酶、乳酸氧化酶、尿素酶，以检测所述待测溶液中的有机成分。


6.一种检测溶液中多种成分的电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括：
在传感芯片中的多个离子敏感场效应晶体管的敏感层上涂布有机溶剂和溶质的混合溶液，且在不同离子敏感场效应晶体管的敏感层上涂布的混合溶液中含有不同的溶质，所述不同的溶质中含有不同离子的载体；
在所述混合溶液挥发形成离子敏感膜后，在所述离子敏感膜上固定管壳，以形成微反应池或微反应通道；
将参比电极置于所述微反应池或微反应通道中。


7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在涂布所述有机溶剂和溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁欣欣，刘文文，节俊尧，黄义征，魏清泉，俞育德，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11