【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物传感，具体而言涉及一种用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置。
技术介绍
1、人体汗液作为一种最常见并且易于获得的表皮生物流体，富含多种能够反映人体健康状态的小分子生物标志物，如葡萄糖、乳酸、皮质醇等。因此，通过检测汗液中特定分子的水平可以无创获取人体生理健康的实时信息，在医疗保健领域具有特殊的潜力和意义。
2、传统汗液检测通常利用吸水垫或塑料微管在皮肤上收集一定量的汗液后，再通过实验室大型仪器进行离线测试分析。这类方法中样品采集容易受汗液蒸发、污染的影响，样品检测依赖于昂贵设备，无法满足远程监测、现场检测和连续分析的要求。因此，越来越多的研究采用基于比色或电化学检测技术制备柔性贴片，对汗液进行收集和分析。然而，以显色反应为基础的比色分析其结果的准确性容易受环境光照强度的影响，多用于定性分析。
3、电化学型传感器是一种基于电位或者电流信号监测的两电极或三电极装置，在电化学型传感器当中，常规的柔性电极不具备电信号放大作用，面对汗液这一复杂的生理混合物，往往表现出检测下限较高，信号响应小，灵敏度低的特征，难以实现汗液中超低浓度靶标的检测。
4、此外，单一生物靶标分子检测反应的病理信息及其有限，因此往往需要构筑传感阵列对多种靶标同时检测才能对疾病做到较好的预测和诊断。然而基于电化学电流的检测技术由于其信号强度与电极面积相关，在多靶标检测的阵列结构中必然要缩小电极面积，使得信号响应变得更加微弱。
5、因此，实时、高分辨和同步检测多种靶标分子依然是当前汗液监测面临的一个
技术实现思路
1、本专利技术目的在于针对汗液监测的重要性、汗液监测的难点以及当前技术不足，提供一种自主汗液采集与实时监测的高灵敏柔性场效应晶体管传感装置，利用柔性微流通道自主收集作用和场效应晶体管对微弱电压信号变化在输出电流上指数级的放大作用，实现同步对汗液中特定靶标分子高灵敏、实时的监测。
2、根据本专利技术目的的第一方面，提供一种用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，包括从下至上叠层设置的皮肤黏附层、汗液采集层、传感器件层、微流传输层和盖板层；
3、所述皮肤黏附层上设有多个第一通孔，用于采集汗液；
4、所述汗液采集层上设有用于采集汗液第二通孔，以及用于汇聚汗液的第三通孔，所述第二通孔与第一通孔对应设置，所述第三通孔通过第一通道与第二通孔形成连通；
5、所述传感器件层包括绝缘柔性衬底，所述绝缘柔性衬底上设有用于汇聚汗液的第四通孔，以及场效应晶体管生物传感阵列，所述第四通孔与第三通孔对应设置；
6、其中，场效应晶体管生物传感阵列采用半导体型单壁碳纳米管作为沟道材料，并采用共平面栅极结构，栅电极表面修饰有贵金属纳米颗粒与生物酶复合层；
7、所述微流传输层设有用于汇聚汗液的第五通孔、多个检测微腔，以及用于排出汗液的第六通孔，所述第五通孔与第四通孔对应设置，且通过第二通道与检测微腔的第一端连接，检测微腔的第二端通过第三通道与第六通孔连接，所述检测微腔与场效应晶体管生物传感器一一对应设置；
8、所述盖板层上设有用于排出汗液的第七通孔，所述第七通孔与第六通孔对应设置；
9、其中，第一通孔至第七通孔之间形成贯通，形成供汗液从汗液收集层底部向传感器件层顶面扩散传输的传输通道，待测汗液沿着传输通道进入检测微腔，通过场效应晶体管生物传感阵列实现对汗液的实时检测，并继续沿着传输通道排出。
10、作为可选的实施方式，所述场效应晶体管生物传感阵列中，传感单元结构包括：
11、绝缘柔性衬底，其中一侧表面作为后续制备的表面层；
12、位于绝缘柔性衬底一侧表面的源电极、漏电极和栅电极，源电极、漏电极和栅电极顺次间隔排布于同一平面层上，且材料相同；
13、位于绝缘柔性衬底一侧表面上的半导体型单壁碳纳米管网络薄膜有源层，所述半导体型单壁碳纳米管网络薄膜有源层位于源极电极与漏极电极之间；
14、钝化层，覆盖除半导体型单壁碳纳米管网络薄膜有源层和栅极敏感区以外的整个区域，使得所述生物传感器在测量靶标分子时，仅限半导体型单壁碳纳米管网络薄膜有源层和栅极敏感区通过液态电解质连接；
15、贵金属纳米颗粒与生物酶分子复合层，位于栅电极表面，远离衬底一侧，对待测靶标分子具有级联催化作用。
16、作为可选的实施方式，所述半导体型单壁碳纳米管网络薄膜有源层中，半导体型单壁碳纳米管纯度不低于99.9％，线密度为30-100根/平方微米。
17、作为可选的实施方式，贵金属纳米颗粒为pt或pd，其粒径为0.5-12nm。
18、作为可选的实施方式，生物酶包括乳酸氧化酶、葡萄糖氧化酶、尿酸氧化酶和胆固醇氧化酶其中任意一种。
19、作为可选的实施方式，所述绝缘柔性衬底包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚氯代对二甲苯(parylene c)、聚二甲基硅氧烷(pdms)和聚酰亚胺(pi)其中任意一种。
20、作为可选的实施方式，源电极、漏电极和栅电极部分均由ti、pd、au三种金属依次沉积形成。
21、作为可选的实施方式，所述第一通孔与第二通孔的结构相同，第三通孔、第四通孔和第五通孔的结构相同，第六通孔与第七通孔的结构相同。
22、作为可选的实施方式，所述柔性场效应晶体管传感装置中，相邻两层之间设有双面胶带黏合层，所述双面胶带黏合层上的镂空结构与相邻两层通孔对应设置，通过双面胶带黏合组装使相第一通孔至第七通孔之间相互贯通。
23、根据本专利技术目的的第二方面，提供一种前述用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置在对汗液中多种靶标分子实时同步监测中的应用。
24、由以上本专利技术的技术方案可见，本专利技术提出的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，通过设置的汗液采集层收集表皮汗液，并将收集到的汗液扩散传输至传感器件层，利用栅电极表面生物酶催化汗液中待测靶标发生反应，其催化产物进一步被贵金属纳米颗粒催化的级联催化过程，改变栅极界面电势，基于双电层电容调控机制，引起晶体管的有效栅压以及沟道电流大小变化，从而产生依赖于目标物浓度的电信号变化，通过集成柔性场效应晶体管的信号放大作用，有效提高了检测灵敏度，实现同步对汗液中多种痕量靶标分子的实时监测和定量分析。
25、本专利技术的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其传感器采用超薄的、具有极高载流子迁移率的半导体型单壁碳纳米管作为沟道材料，大幅提升传感器的响应速度和灵敏度；同时该传感器采用敏感栅设计，避免在沟道区域修饰生物探针，充分发挥了碳纳米管的本征特性；传感器基于双电层电容调控机制，使得器件能够在极低的操作电压具有高增益响应，提升了柔性场效应晶体管传感装置的检测效率、灵敏度、稳定性和可靠性等多项性能指标。
26、本专利技术的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，利用下方多个汗本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，包括从下至上叠层设置的皮肤黏附层(100)、汗液采集层(200)、传感器件层(300)、微流传输层(400)和盖板层(500)；
2.根据权利要求1所述的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，所述场效应晶体管生物传感阵列中，传感单元结构包括：
3.根据权利要求2所述的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，所述半导体型单壁碳纳米管网络薄膜有源层中，半导体型单壁碳纳米管纯度不低于99.9％，线密度为30-100根/平方微米。
4.根据权利要求2所述的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，贵金属纳米颗粒为Pt或Pd，其粒径为0.5-12nm。
5.根据权利要求2所述的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，生物酶包括乳酸氧化酶、葡萄糖氧化酶、尿酸氧化酶和胆固醇氧化酶其中任意一种。
6.根据权利要求2所述的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，所述绝缘柔性衬底包括聚对苯二甲酸乙二
7.根据权利要求2所述的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，源电极、漏电极和栅电极部分均由Ti、Pd、Au三种金属依次沉积形成。
8.根据权利要求1所述的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，所述第一通孔(110)与第二通孔(210)的结构相同，第三通孔(220)、第四通孔(310)和第五通孔(410)的结构相同，第六通孔(430)与第七通孔(510)的结构相同。
9.根据权利要求1所述的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，所述柔性场效应晶体管传感装置中，相邻两层之间设有双面胶带黏合层，所述双面胶带黏合层上的镂空结构与相邻两层通孔对应设置，通过双面胶带黏合组装使第一通孔(110)至第七通孔(510)之间相互贯通。
10.一种权利要求1-9中任意一项所述的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置在对汗液中多种靶标分子实时同步监测中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，包括从下至上叠层设置的皮肤黏附层(100)、汗液采集层(200)、传感器件层(300)、微流传输层(400)和盖板层(500)；
2.根据权利要求1所述的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，所述场效应晶体管生物传感阵列中，传感单元结构包括：
3.根据权利要求2所述的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，所述半导体型单壁碳纳米管网络薄膜有源层中，半导体型单壁碳纳米管纯度不低于99.9％，线密度为30-100根/平方微米。
4.根据权利要求2所述的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，贵金属纳米颗粒为pt或pd，其粒径为0.5-12nm。
5.根据权利要求2所述的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，生物酶包括乳酸氧化酶、葡萄糖氧化酶、尿酸氧化酶和胆固醇氧化酶其中任意一种。
6.根据权利要求2所述的用于汗液实时监测的柔性场效应晶体管传感装置，其特征在于，所述绝缘柔性衬底包括聚对苯二甲酸乙二醇酯...
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