一种用于多巴胺检测的针状全固态传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及神经递质检测领域，为解决目前多巴胺检测存在操作复杂、耗时长、精度低、使用条件严格等的技术问题，本发明专利技术提出了一种用于多巴胺检测的针状全固态传感器及其制备方法，设备简易、操作方便、无需样本预处理，可以用于实现灵敏、准确的多巴胺浓度检测。同时本发明专利技术也解决传统设备较大，难以实现在体检测的问题，通过电极微型化为在体检测提供可能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于多巴胺检测的针状全固态传感器及其制备方法
本专利技术涉及神经递质检测领域，尤其是涉及一种用于多巴胺检测的针状全固态传感器及其制备方法。
技术介绍
多巴胺是一种单胺类神经递质，在神经系统中起到信号传导的作用。多巴胺在我们感知快乐的过程中发挥重要作用，同时与运动控制、奖励机制和兴奋度、学习记忆等都有关联。当人大脑中的多巴胺能神经系统功能产生障碍时，人也会出现异常精神状态。当多巴胺能神经元过度活跃时，可能会产生精神分裂症；而当多巴胺分泌不足时，又会产生帕金森病等疾病；中脑黑质中的多巴胺能神经元产生损坏或者缺失时，人会产生震颤、僵硬和说话模糊等症状。因此，对人体脑脊液中的多巴胺含量进行监测，对病人的监护和现代医疗的发展都具有重要意义。目前的多巴胺检测方法有很多种。传统的方法包括液相色谱法、荧光法、比色法、光谱法和毛细血管电泳法等方法，这些方法具有精度和灵敏度高等优势，但其通常需要进行样本的衍生化等预处理步骤、且测量仪器昂贵、操作复杂，通常需要对操作人员进行专业训练。相比于这些方法，电化学法具有高灵敏度、低检测限、重复性好、分析成本低和无需对样本进行预处理即可测量等优点。电化学方法通常包括电流法、电阻抗法和电位法，其中电流法是最常见的电化学测量方法。但电流法中为了探究电流的特性，通常需要额外施加的高电势，这对神经系统将产生一定损伤；样本中的其他物质在高电势下也会产生氧化还原反应，对实验结果造成干扰；在电流法检测中还需要胺氧化酶对多巴胺进行催化，由于酶的固定较为复杂，且储存困难，降低了电极的使用寿命。而在基于离子选择性电极的电位法中，无需施加额外电势即可进行检测，不会对神经元细胞造成影响；也不需要酶的参与，有利于电极的保存，增加了电极的使用寿命。但是传统的离子选择性电极中含有内充电解液，容易产生内充液泄漏、样本污染等问题，不利于电极的保存和降低检测下限，电极的尺寸也较大。
技术实现思路
为解决目前多巴胺检测存在操作复杂、耗时长、精度低、使用条件严格等的技术问题，本专利技术提出了一种用于多巴胺检测的针状全固态传感器及其制备方法，设备简易、操作方便、无需样本预处理，可以用于实现灵敏、准确的多巴胺浓度检测。同时本专利技术也解决传统设备较大，难以实现在体检测的问题，通过电极微型化为在体检测提供可能。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种用于多巴胺检测的针状全固态传感器，包括参比电极、选择性电极，所述的选择性电极包括第一根金丝，第一根金丝的一端为选择输出端，另一端由内向外依次包覆的固态电解质层、多巴胺敏感膜、大分子过滤层和可溶解硬化层，所述的参比电极包括第二根金丝，一端为参比输出端，另一端由内向外依次包覆固态电解质层、参比膜、大分子过滤层和可溶解硬化层。本专利技术通过固态电解质层的固态电解质代替内充电解液，实现离子-电子转换的过程，可以实现将多巴胺离子的浓度转换为电子进行测量。全固态离子选择性电极具有易于保存和易于小型化等优点，可以制备成任意的形状和尺寸。作为优选，所述针状全固态传感器还包括电极支架、2根引出线，电极支架内设有2个导电银浆，选择输出端与参比输出端同侧穿插进电极支架分别通过导电银浆与引出线一端连接，2根引出线另一端设在电极支架外。电极支架用于固定参比电极和选择性电极，2根引出线分别为参比电极的引出线和选择性电极的引出线，方便电信号传输、检测。更优选，电极支架设有2个平行的通孔，2个通孔内分别设有导电银浆，选择性电极的选择输出端、第1根引出线穿插进第一个通孔的两端，通过导电银浆连接，引出线在电极支架外的一端为选择性电极的引出线，参比电极的参比输出端、第2根引出线分别穿插进第二个通孔的两端，通过导电银浆连接，引出线在电极支架外的一端为参比电极的引出线。本专利技术中，通过使用特定的选择性电极，在多巴胺敏感膜中添加三甲基-β-环糊精，提高了所述全固态多巴胺传感器的灵敏度和选择性，并且该传感器进行微型化可制备成任意形状和大小，便于保存、携带和测量，有利于实现多巴胺浓度的在体检测。所述的用于多巴胺检测的针状全固态传感器的制备方法，包括以下步骤：S01、将2根金丝进行前处理；金丝前处理过程为：将绝缘层分别涂覆在两根金丝的中部，将金丝的两端裸露，分别将金丝的一端采用氧化铝悬浊液在麂皮上进行打磨，打磨完成后先用去离子水进行清洗，然后依次放入45-55.0％vol的酒精溶液和6.0-10.0％wt的硫酸溶液中超声清洗，最后用去离子水清洗，用氮气对金丝裸露部分吹干后放入干燥箱中进行干燥，优选干燥12-24h。作为优选，绝缘层为普鲁士蓝绝缘层。作为优选，所述的金丝选用直径为0.25-0.5mm，纯度为99.99-99.999％的金丝；作为优选，所述的氧化铝悬浊液依次由0.05μm-1.5μm直径的氧化铝粉末配置69-100mg/mL悬浊液。更优选，分别将1.5μm、0.5μm、0.05μm直径的氧化铝粉末配置80mg/mL悬浊液，先将1.5μm直径的悬浊液滴在麂皮上，然后用麂皮把金丝包裹住，金丝旋转拉出打磨，然后依次为0.5μm、0.05μm直径的悬浊液打磨。作为优选，超声洗净的功率为160～200w，时间8-15min。S02、涂覆固态电解质层：将导电聚合物水溶液、表面活性剂、有机溶剂搅拌后制成固态电解质混合溶液，将处理后的两根金丝的一端分别浸入固态电解质混合溶液中3-5s后拿出晾干，反复若干次后形成固态电解质层，放入干燥箱中干燥至表面产生均匀黑色的固态膜。固态电解质混合溶液中，以导电聚合物水溶液总质量计，所述的表面活性剂使用量为导电聚合物水溶液总质量的0.5-1‰，有机溶剂使用量为导电聚合物水溶液总质量的1.5-3％。作为优选，所述的导电聚合物水溶液为质量浓度为1.3-1.5％的聚3，4-乙烯二氧噻吩单体/聚苯乙烯磺酸水溶液(PEDOT/PSS)，相对于聚噻吩和聚吡咯等固态电解质更稳定，不易受到光、氧气和二氧化碳等干扰。更优选，聚3，4-乙烯二氧噻吩单体与聚苯乙烯磺酸水溶液(PEDOT/PSS)中，聚3，4-亚乙二氧基噻吩单体0.5wt％，聚苯乙烯磺酸0.8wt％。所述的表面活性剂为浓度为0.1-1M的十六烷基三甲基溴化铵溶液，相比于曲拉通等其他表面活性剂使固态电解质水溶液具有更良好的粘度和扩散系数，点涂过程中不易产生开裂。所述的有机溶剂选自二甲基亚砜、乙二醇、甲醇、山梨醇中的一种或几种，有机溶剂可以使固态电解质的分子结合力增强和改变分子构象，有利于提高固态电解质的导电性和机械可靠性。S03、涂覆多巴胺敏感膜：将高分子聚合物、离子载体、离子交换剂、增塑剂溶解于四氢呋喃中，制成多巴胺敏感膜液，将S02中的第一根金丝在涂覆固态电解质层端反复浸入多巴胺敏感膜液中，形成多巴胺敏感膜，放入干燥箱中干燥，干燥至表面产生均匀透明的固态膜。多巴胺敏感膜液中溶质的重量份为：多巴胺敏感膜液中溶剂四氢呋喃的用量与高分子聚合物的体积质量比为10μL-12μL∶1mg，避免因溶剂过多难以成膜或者因溶剂过少增塑剂易漏出现象。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于多巴胺检测的针状全固态传感器，其特征在于：包括参比电极、选择性电极，所述的选择性电极包括第一根金丝，第一根金丝的一端为选择输出端，另一端由内向外依次包覆的固态电解质层、多巴胺敏感膜、大分子过滤层和可溶解硬化层，所述的参比电极包括第二根金丝，一端为参比输出端，另一端由内向外依次包覆固态电解质层、参比膜、大分子过滤层和可溶解硬化层。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于多巴胺检测的针状全固态传感器，其特征在于：包括参比电极、选择性电极，所述的选择性电极包括第一根金丝，第一根金丝的一端为选择输出端，另一端由内向外依次包覆的固态电解质层、多巴胺敏感膜、大分子过滤层和可溶解硬化层，所述的参比电极包括第二根金丝，一端为参比输出端，另一端由内向外依次包覆固态电解质层、参比膜、大分子过滤层和可溶解硬化层。


2.根据权利要求1所述的一种用于多巴胺检测的针状全固态传感器，其特征在于：所述针状全固态传感器还包括电极支架、2根引出线，电极支架内设有2个导电银浆，选择输出端与参比输出端同侧穿插进电极支架分别通过导电银浆与引出线一端连接，2根引出线另一端设在电极支架外。


3.一种根据权利要求1或2所述的用于多巴胺检测的针状全固态传感器的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
S01、将2根金丝进行前处理；
S02、涂覆固态电解质层：将导电聚合物水溶液、表面活性剂、有机溶剂搅拌后制成固态电解质混合溶液，将处理后的两根金丝的一端分别浸入固态电解质混合溶液中3-5s后拿出晾干，反复若干次后形成固态电解质层，放入干燥箱中干燥；
S03、涂覆多巴胺敏感膜：将高分子聚合物、离子载体、离子交换剂、增塑剂溶解于四氢呋喃中，制成多巴胺敏感膜液，将S02中的第一根金丝在涂覆固态电解质层端反复浸入多巴胺敏感膜液中，形成多巴胺敏感膜，放入干燥箱中干燥；
S04、涂覆参比膜：将高分子聚合物、离子交换剂、增塑剂溶解于四氢呋喃中，制备参比膜液，将S02中第二根金丝涂覆固态电解质层端反复浸入参比膜液中，形成参比膜，放入干燥箱中干燥；
S05、涂覆大分子过滤层：将高分子聚合物、大孔聚合物分别溶解于极性溶剂中搅拌溶解，然后将两种溶液混合并搅拌2-4小时，制成高分子聚合物-大孔聚合物混合溶液，然后将S03第一根金丝涂覆多巴胺敏感膜端、S04第二根金丝涂覆参比膜端分别浸入高分子聚合物-大孔聚合物混合溶液中，反复浸润后形成大分子过滤膜，放入温度为40-50℃的恒温干燥2-3天；
S06、涂覆可溶解硬化层：分别将S05两根金丝涂覆大分子过滤膜端浸入熔化的生物可降解材料中，取出后放入干燥箱中至生物可降解材料变硬，分别制成选择性电极和参比电极；
S07、电极支架设有2个不交叉的通孔，通孔内分别固定有导电银浆，将选择性电极的选择输出端、参比电极的参比输出端，分别通过通孔内导电银浆与引出线一端连接，2根引出线另一端设在电极支架外，最后通过AB胶对通孔进行封装和固定，得到用于多巴胺检测的针状全...

【专利技术属性】
技术研发人员：王酉，马思远，李光，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33