用于可穿戴健康监测传感器的电极材料及制备方法和应用技术

本申请属于传感器技术领域，尤其涉及一种用于可穿戴健康监测传感器的电极材料及其制备方法和应用。其中，用于可穿戴健康监测传感器的电极材料，所述电极材料包括多孔三维碳纳米基材和至少负载在所述基材的孔隙表面的MOFs。本申请提供的电极材料以多孔三维碳纳米材料为基材，MOFs材料负载在基材的多孔结构中，不但提高了电极材料的活性比表面积，能够加快电子传导，增强电极材料的催化性能，提高传感器的检测灵敏度。而且提高了MOFs材料的电导率、分散均匀性和分布稳定性，提高MOFs的电催化反应的利用率，从而提高传感器的电活性和长期稳定性。长期稳定性。长期稳定性。

【技术实现步骤摘要】
用于可穿戴健康监测传感器的电极材料及制备方法和应用


[0001]本申请属于传感器
，尤其涉及一种用于可穿戴健康监测传感器的电极材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在各种可穿戴及便携性设备中，葡萄糖汗液传感器在糖尿病管理中具有积极的实践意义及广阔的应用前景，因为血糖监测是糖尿病患者健康的关键指标。尽管酶传感器已被广泛研究并有商业化成果，他们仍具有一定的局限性和缺点，包括酶固定的复杂性，酶的稳定性受温度、pH值、湿度、化学物质的影响，此外酶传感器的开发成本及使用、维护成本较高。上述生物传感器不适用于可穿戴应用，因此，需要开发无酶传感器来解决这些挑战。摆脱酶不仅可简化制造过程，并减少样品中其他可能干扰化合物的影响，从而延长传感器的稳定性。
[0003]对于可穿戴健康监控应用，至关重要的是开发一种无创，佩戴舒适，坚固耐用且对环境条件不敏感的具有长期稳定性和高灵敏度的传感器。而影响传感器的稳定性和灵敏度的关键是传感器的工作电极。因此，期望传感器的工作电极具有改善的灵敏度和长期稳定性，用于可穿戴健康监测。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种用于可穿戴健康监测传感器的电极材料及其制备方法和应用，旨在一定程度上解决现有用于可穿戴健康监测传感器的工作电极长期稳定性和灵敏度有待提升的问题。
[0005]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本申请提供一种用于可穿戴健康监测传感器的电极材料，该电极材料包括多孔三维碳纳米基材和至少负载在基材的孔隙表面的MOFs。
[0007]本申请第一方面提供的用于可穿戴健康监测传感器的电极材料，以多孔三维碳纳米材料为基材，MOFs材料负载在基材的多孔结构中，使得电极材料中同时包含有基材的多孔结构，以及MOFs的微孔结构。显著增大了电极材料的比表面积，不但具有高效的催化性能，而且增大电极材料的电转换面积，信号响应将有效放大，有利于提高检测灵敏度。并且，电极材料的基材中，多孔结构的碳纳米材料为孔隙中负载的MOFs之间提供了三维互联网络通道，形成以多孔碳纳米基材为三维传输网络结构，MOFs颗粒负载在该三维网络结构中的复合材料。既提高了MOFs材料的电导率、分散均匀性和分布稳定性，有利于提高MOFs的电催化反应的利用率，从而提高传感器的电活性和长期稳定性。又能够加快电子传导，而且进一步提高了电极材料的活性比表面积，增强了电极材料的催化性能，从而提高传感器的检测灵敏度。
[0008]第二方面，本申请提供一种用于可穿戴健康监测传感器的电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]制备多孔三维碳纳米基材；
[0010]制备MOFs，至少将MOFs负载到基材的孔隙中，得到用于可穿戴健康监测传感器的电极材料。
[0011]本申请第二方面提供的用于可穿戴健康监测传感器的电极材料的制备方法，将制备的MOFs负载到制备的具有多孔结构的三维碳纳米基材的孔隙中形成复合材料，即得到用于可穿戴健康监测传感器的电极材料。制备工艺简单，条件温和，适用于工业化大规模生产和应用。制备的电极材料以多孔三维碳纳米材料为基材，MOFs材料负载在基材的多孔结构中，一方面，该结构提高了MOFs材料的电导率、分散均匀性和分布稳定性，有利于提高MOFs的电催化反应的利用率，从而提高传感器的电活性和长期稳定性。另一方面，该结构提高了电极材料的活性比表面积，能够加快电子传导，增强了电极材料的催化性能，从而提高传感器的检测灵敏度。
[0012]第三方面，本申请提供一种可穿戴健康监测传感器，包括基底和分别设置在基底的表面的工作电极和参比电极，其中，工作电极中包含有上述的电极材料或者上述方法制备的电极材料。
[0013]本申请第三方面提供的可穿戴健康监测传感器，其工作电极包括上述的电极材料，该电极材料以多孔三维碳纳米材料为基材，MOFs材料负载在基材的多孔结构中，不但显著提高了电极材料的活性比表面积，能够加快电子传导，增强了电极材料的催化性能，从而提高传感器的检测灵敏度。而且提高了MOFs材料的电导率、分散均匀性和分布稳定性，提高MOFs的电催化反应的利用率，从而提高传感器的电活性和长期稳定性。
[0014]第四方面，本申请提供一种体液检测系统，体液检测系统中包含有上述的可穿戴健康监测传感器。
[0015]本申请第四方面提供的体液检测系统，包含有上述的可穿戴健康监测传感器，检测效率高，且无创实施检测时，佩戴舒适，坚固耐用，对环境条件不敏感，具有长期稳定性，适用范围广，应用灵活方便。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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。
[0017]图1是本申请实施例提供的用于可穿戴健康监测传感器的电极材料的结构示意图；
[0018]图2是本申请实施例提供的用于可穿戴健康监测传感器的电极材料的制备方法的流程示意图；
[0019]图3是本申请实施例提供的用于可穿戴健康监测传感器的结构示意图；
[0020]图4是本申请实施例1提供的电极材料的结构示意图；
[0021]图5是本申请对比例1提供的电极材料的结构示意图；
[0022]图6是本申请实施例1提供的多孔三维石墨烯基材的SEM图；
[0023]图7是本申请实施例1提供的Zn
‑
Co双金属MOFs的SEM图；
[0024]图8是本申请实施例1提供的Zn
‑
Co双金属MOFs的TEM图；
[0025]图9是本申请实施例1提供的Zn
‑
Co双金属MOFs的能量色散X射线光谱图；
[0026]图10是本申请实施例1提供的Zn
‑
Co双金属MOFs的X射线衍射测试图；
[0027]图11是本申请实施例1(b)和对比例1(a)提供的电极材料的SEM图；
[0028]图12是本申请实施例1(b)和对比例1(a)提供的传感器的测试结果图。
具体实施方式
[0029]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0030]本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0031]本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于可穿戴健康监测传感器的电极材料，其特征在于，所述电极材料包括多孔三维碳纳米基材和至少负载在所述基材的孔隙表面的MOFs。2.如权利要求1所述用于可穿戴健康监测传感器的电极材料，其特征在于，所述基材至少具有如下任一特征：(1)所述基材中包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维中的至少中碳纳米材料；(2)所述基材中包括孔径为1～100μm的中孔；(3)所述基材中孔隙率为90～98％；(4)所述基材为层状结构，厚度为50～200μm。3.如权利要求2所述用于可穿戴健康监测传感器的电极材料，其特征在于，所述MOFs至少具有如下任一特征：(1)所述MOFs包括Zn
‑
Co双金属MOFs、Ni基MOFs、Cu基MOFs中的至少一种；(2)所述MOFs中包括孔径不大于10nm的微孔；(3)所述MOFs中孔隙率为1～5％；(4)所述MOFs的颗粒尺寸小于1μm。4.如权利要求1所述用于可穿戴健康监测传感器的电极材料，其特征在于，所述MOFs负载在所述基材的内部孔隙表面和外表面；和/或，所述电极材料中，所述基材与所述MOFs的质量比为1：(20～60)；和/或，所述电极材料的比表面积为20～40m2g
‑1。5.一种用于可穿戴健康监测传感器的电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备多孔三维碳纳米基材；制备MOFs，至少将所述MOFs负载到所述基材的孔隙中，得到用于可穿戴健康监测传感器的电极材料。6.如权利要求5所述的用于可穿戴健康监...

【专利技术属性】
技术研发人员：高兆理，杨勤勤，
申请(专利权)人：香港中文大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：