一种基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器及其制备方法与应用和近视监测装置制造方法及图纸

一种基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器及其制备方法与应用和近视监测装置，可用于检测近视的病变程度。本发明专利技术在透明聚酯膜上，通过光刻法制备微电极。然后将含有高电化学活性的硫掺杂石墨烯载体的纳米酶通过电化学沉积法固定到微电极，从而构建基于电化学信号的纳米生物传感器。将所构建的生物传感器热压成型，能够直接配戴到眼内，简便高效的由泪液实时监测人的近视程度，为近视的机理探讨和早期预防提供新的思路。

【技术实现步骤摘要】
一种基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器及其制备方法与应用和近视监测装置
本专利技术涉及眼用诊疗器件研发
，具体涉及一种基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器及其制备方法与应用和近视监测装置。
技术介绍
近视被视为我国的“国病”，目前我国近视人口超过4.5亿，几乎平均每三人当中就有一个是近视眼。而近视在我国青少年中的发病率更是高居世界第一。近视是一种不可逆的屈光不正，其发病机制，目前依然未知，这给近视的早期预防和监测带来了很大的挑战。泪液是由泪腺分泌的一种透明液体，具有复杂的成分。正常的泪液分泌具有屏障、抑菌、杀菌、免疫调节等多种功能。泪液中的成分往往与血液中的某种代谢物有着密切联系。有研究发现，泪液成分的改变，往往是很多眼病，甚至全身性疾病的信号。譬如，泪液中葡萄糖含量的变化与糖尿病的发生相关，泪液中核苷酸的浓度与白内障相关，而泪液中多巴胺含量的变化也与近视的发生紧密相关。多巴胺是一种重要的激素和神经传导物质，用来帮助细胞传送脉冲的化学物质。前期研究发现，多巴胺是脊椎动物视网膜的主要神经活性物质之一，在形觉剥夺性近视和透镜诱导的屈光不正形成过程中起主导作用。因此基于泪液中的设计高灵敏度的眼用生物传感器，用于实时监测泪液中多巴胺浓度的变化，有望为近视的早期预防与监测提供一种简便、高效、无创的临床思路与技术手段，并为近视的发生提供一种可能的机理解释。另一方面，泪液中的有效成分含量，相对于血液中而言，是非常稀少的。比如泪液中多巴胺的含量不及血清中的十分之一，但是主要干扰物如抗坏血酸、尿素等的含量，却是一样的。因此，对于泪液生物传感器的灵敏度和选择性的要求，必然是非常高的，这也是当前制约眼用生物传感器普及的一个最主要因素。
技术实现思路
为了针对眼部重大疾病如近视等无法实现高效实时监测与早期预防等问题，本专利技术提供了一种基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器及其制备方法与应用和近视监测装置，可实时监测泪液中重要组分，如多巴胺等浓度的变化，以及由此得出的人近视度数的变化情况，从而建立人的近视度数与眼用传感器输出电流之间的线性关系，为近视的实时监测与早期预防提供新的思路。本专利技术采用的技术解决方案是：一种基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器，包括含有高电化学活性的硫掺杂石墨烯载体的纳米酶和微电极，所述的硫掺杂石墨烯载体的纳米酶覆盖在微电极表面。所述的透明聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。所述的透明聚合物厚度为50-100微米。一种基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：（1）微电极的制备：首先将透明聚合物膜经过氧离子处理，之后旋涂一层光刻胶，将光刻胶薄片固定成型后，使用光刻机，在掩模版的遮挡下，使用紫外灯照射30-60秒，随后在显影液中定影70-120秒，去除清洗掉紫外照射部分的光刻胶，移走掩膜版之后得到微图形化的光刻胶，使用磁控溅射仪喷镀一层铂金属，随后用洗胶液清洗，去除多余的光刻胶，得到微图形化的微电极；（2）硫掺杂石墨烯载体材料的制备：将固态的石墨粉和含硫导电高分子单体或者含硫导电聚合物共混球磨，以300-500转/分钟的转速连续球磨3-6个小时，之后将样品分别经过500-1,000转/分钟的低速离心和8,000-12,000转/分钟的高速离心的处理除杂，制备硫掺杂的石墨烯纳米载体；（3）酶电极的制备：将硫掺杂石墨烯载体材料分散到十二烷基硫酸钠的水溶液中，然后加入酪氨酸酶，在4℃下磁性搅拌30分钟，充分混匀，采用电化学循环伏安法电化学法沉积到微电极，在0~1.0V之间，以0.05V/s的电压扫描速度循环50-150次，制备传感器的活性部分酶电极；（4）眼用角膜电极传感器的制备：将所制备纳米酶电极，经过在氮气环境下200℃热压塑形3-5h，得到所述的眼用角膜电极传感器。所述的透明聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。所述的透明聚合物厚度为50-100微米。所述的步骤（1）中透明聚合物膜经过氧离子处理的处理时间为30-100秒，功率为10-50瓦。所述的步骤（1）中光刻胶为AZ4620光刻胶，厚度为10-50微米，在80℃烘10-20分钟固定成型。所述的步骤（1）中微电极上所喷涂的铂金属层厚度为100-300纳米。所述的步骤（2）中含硫导电高分子单体为3,4-乙烯二氧噻吩，所述的含硫导电聚合物为聚苯硫醚。一种基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器在作为实时监测泪液中多巴胺浓度装置上的应用。一种近视监测装置，包括实时监测泪液中多巴胺浓度的模块。所述的实时监测泪液中多巴胺浓度的模块包括所述的基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器及其制备方法与应用和近视监测装置，通过二维石墨烯纳米载体独特的超大比表面积接载特异性生物活性酶，提高酶在传感电极上的负载量，有效提高生物传感器的选择性和特异性，通过含硫高分子（如聚噻吩、苯硫醚）等边缘掺杂石墨烯，使得电子云从石墨烯大π键上偏移，从而得到高电化学活性位点，有效提高生物传感器的灵敏度，通过自主设计的角膜微电极上，构建可佩戴的、高性能的、基于电化学信号的纳米生物传感器，实现了对于泪液中多巴胺浓度，以及近视度数变化情况的实时监测，为眼科临床早期监测与预防近视等重大眼部疾病提供新的检测工具与技术思路。附图说明图1为眼用纳米生物传感器的制备示意图及器件照片。（a）纳米微电极的制备示意图；（b）所制备的纳米微电极照片；（c）眼用纳米电极在热压塑形后，连接上三电极之后的照片；插图（c）为热压塑形后得到的眼用纳米电极。图2为所制备的眼用纳米生物传感器佩戴在新西兰大白兔眼内后监测多巴胺浓度变化的结果。（a）在兔眼内滴入不同浓度的多巴胺/人工泪液之后，在+0.2V的恒电压下，在眼用传感器上检测到的电流信号变化。（b）由（a）的结果所得到的校准曲线。（c）在相同的条件下，分别滴加5μM多巴胺，1mM葡萄糖，1mM尿酸,1mM抗坏血酸，和5μM多巴胺，在眼用传感器上检测到的电流信号变化。图3为从不同近视度数（从0度到800度）的患者眼内搜集泪液样品，在所制备的眼用纳米生物传感器上检测的结果。（a）不同近视度数的泪液，在+0.2V的恒电压下，在眼用传感器上检测到的电流信号变化。（b）由（a）的结果所得到的校准曲线。具体实施方式本专利技术所述技术方案，如未特别说明，均为本领域的常规方案；所述试剂或材料，如未特别说明，均来源于商业渠道。下面结合附图以及具体实施例，可以更好地说明本专利技术。实施例1.一种基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器的制备及其在近视监测上的应用，其制备方法包括下述步骤：如图1所示，所构建的生物传感器主要包括以下几个重要部分：（1）由光刻法，在透明的聚合物膜（如PET、PMMA等）上制备微图形化的微电极。微电极留出三个接头，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器，其特征在于，包括含有高电化学活性的硫掺杂石墨烯载体的纳米酶和微电极，所述的硫掺杂石墨烯载体的纳米酶覆盖在微电极表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器，其特征在于，包括含有高电化学活性的硫掺杂石墨烯载体的纳米酶和微电极，所述的硫掺杂石墨烯载体的纳米酶覆盖在微电极表面。


2.根据权利要求1所述的一种基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器，其特征在于，所述的透明聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。


3.根据权利要求1所述的一种基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器，其特征在于，所述的透明聚合物厚度为50-100微米。


4.一种权利要求1所述的基于硫掺杂石墨烯的眼用电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）微电极的制备：首先将透明聚合物膜经过氧离子处理，之后旋涂一层光刻胶，将光刻胶薄片固定成型后，使用光刻机，在掩模版的遮挡下，使用紫外灯照射30-60秒，随后在显影液中定影70-120秒，去除清洗掉紫外照射部分的光刻胶，移走掩膜版之后得到微图形化的光刻胶，使用磁控溅射仪喷镀一层铂金属，随后用洗胶液清洗，去除多余的光刻胶，得到微图形化的微电极；
（2）硫掺杂石墨烯载体材料的制备：将固态的石墨粉和含硫导电高分子单体或者含硫导电聚合物共混球磨，以300-500转/分钟的转速连续球磨3-6个小时，之后将样品分别经过500-1,000转/分钟的低速离心和8,000-12,000转/分钟的高速离心的处理除杂，制备硫掺杂的石墨烯纳米载体；
（3）酶电极的制备：将硫掺杂石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，张文晶，董贡献，单素艳，晏露，
申请(专利权)人：温州医科大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33