【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器制造和生物分子检测，具体涉及纸基石墨烯酶生物传感器及其制备方法。
技术介绍
1、分子检测技术是健康信息监测和疾病诊断的重要手段，而目前常用的检测方法如pcr检测需要应用大型设备、且需要专业人员进行检测，成本高且应用场景受限。生物检测芯片是由敏感元件与信号转换元件构成的分析装置，无需大型设备与专业人员，极大简化操作，适应复杂环境，可支持快速灵敏的多种生物医学指标检测，主要应用于疾病监测、药物开发和污染物、致病微生物以及体液(尿液、血液、汗液、唾液)中各种疾病标志物分子的检测。近年来以纸张作为基底材料的生物医学传感器得到了广泛关注与研究。与硅、玻璃等常见生物医学传感器基底材料相比，纸张具有免外泵驱动、生物相容性、柔性、低成本等优势，有望实现多种健康信息监测与疾病标志物分子检测技术的广泛应用。
2、然而，现有纸基检测芯片传感电极和微流道制造过程分离、效率低，为提升传感电极性能而引入纳米结构的方法复杂。此外，这些分子检测设备的检测参数设定好后，通常只能对同类型的样本进行相同的检测，监测指标单一，大大限制了分子检测设备的应用灵活性和应用场景。基于此，有必要提供一种能够高效率生产并对多指标分子进行同步检测的纸基纳米芯片制造手段。
技术实现思路
1、本专利技术为解决当前纸基生物分子检测芯片纳米结构引入复杂、微流道电极制造分离、效率低和检测目标单一的问题，本专利技术的目的在于提供纸基石墨烯酶生物传感器及其制备方法。
2、本专利技术采用的技术方案如下：p>
3、纸基石墨烯酶生物传感器，包括纸基底，所述纸基底包括传感器区域、测液滴加区域和互连微流道，测液滴加区域通过互连微流道与每个传感器区域连接；
4、所述传感器区域包括吸液区域、辅助电极、工作电极和参比电极，辅助电极的一端、工作电极的一端和参比电极的一端与所述吸液区域连接，吸液区域与互连微流道连接；
5、所述辅助电极和工作电极均为在纸基底表面加工形成的石墨烯纳米电极，所述参比电极为在纸基底表面涂覆电极层后形成的电极，所述工作电极设有用于识别待测指标的特异性酶，所有石墨烯纳米电极的工作电极区域设置的用于识别待测指标的特异性酶不全相同；
6、辅助电极、工作电极和参比电极上在靠近吸液区域的一侧设有液体阻断区。
7、优选的，辅助电极、工作电极和参比电极均采用条形结构，工作电极位于辅助电极和参比电极之间，工作电极位于吸液区域上的一端设置为圆形区域，圆形区域的直径大于工作电极的宽度，辅助电极位于吸液区域上的一端设置为弧形段，该弧形段与工作电极的圆形区域同心，该弧形段的端部延伸至参比电极位于吸液区域上的一端并与参比电极的该端之间留有间距，互连微流道与吸液区域连接的一端位于辅助电极弧形段的端部与参比电极的端部之间。
8、优选的，所述电极层采用ag/agcl电极，所述纸基底采用纤维素纸，液体阻断区位于吸液区域的边缘。
9、本专利技术如上所述纸基石墨烯酶生物传感器的制备方法，包括如下过程：
10、通过激光加工的方法，在经过阻燃处理的纸基底上加工出辅助电极和工作电极；
11、对工作电极进行修饰，沉积固定用于识别待测指标的特异性酶；涂覆电极层，形成参比电极；
12、在辅助电极、工作电极和参比电极加工完成后，在辅助电极、工作电极和参比电极靠近吸液区域的一侧滴疏水剂，使辅助电极、工作电极和参比电极上在靠近吸液区域的一侧形成液体阻断区；
13、最后通过激光加工的方法，在经过阻燃处理的纸基底上切割出互连微流道和测液滴加区域，得到所述纸基石墨烯酶生物传感器。
14、优选的，纸基底的阻燃处理过程包括：
15、将阻燃剂均匀喷洒于纸基底表面并干燥，完成所述阻燃处理，所述阻燃剂采用聚磷酸铵溶液、四硼酸钠溶液、聚磷酸铵溶液或四硼酸钠溶液。
16、优选的，所述阻燃剂采用浓度为0.1～0.2g/ml的聚磷酸铵溶液，将阻燃剂均匀喷洒于纸基底表面后，在室温下干燥并保持纸基底表面平整。
17、优选的，通过激光加工的方法，在经过阻燃处理的纸基底上加工出辅助电极和工作电极时，在激光的光栅模式下进行，采用离焦的激光扫描方式，设置优化后的离焦距离为1.5～1.7mm，设置激光功率为2.4w～3w，激光扫描速率为112.5mm/s～137.5mm/s，扫描次数为3～5，像素密度为480～520。
18、优选的，通过激光加工的方法，在经过阻燃处理的纸基底上切割出互连微流道和测液滴加区域时，激光工艺参数为激光功率17.7～18.3w，扫描速度362.5～387.5mm/s。
19、优选的，所述疏水剂采用聚二甲基硅氧烷。
20、优选的，对工作电极进行修饰，沉积固定用于识别待测指标的特异性酶时，包括葡萄糖检测传感器的修饰、乳酸检测传感器的修饰和尿酸检测传感器的修饰，其中：
21、进行葡萄糖检测传感器的修饰时：在工作电极区域沉积普鲁士蓝溶液，并固定2～4μl葡萄糖氧化酶-壳聚糖溶液，之后在2～6℃环境下静置2～5小时；
22、进行乳酸检测传感器的修饰时：在工作电极区域固定2～4μl乳酸酶-壳聚糖溶液，之后在2～6℃环境下静置2～5小时；
23、进行尿酸检测传感器的修饰时：在工作电极区域固定2～4μl尿酸酶-壳聚糖溶液，之后在2～6℃环境下静置2～5小时。
24、本专利技术具有以下有益效果：
25、本专利技术纸基石墨烯酶生物传感器以易于获取和制造的纸基底为原料，因此环境友好且具有生物降解性，极大降低了检测和处理成本，纸基纤维毛细作用驱动液体流动，无需外泵，适用性更广泛，利于样品的传递和检测一体化。纸基底上具有若干传感器区域，传感器区域采用三电极体系，包括吸液区域、辅助电极、工作电极和参比电极，工作电极区域设有用于识别待测指标的特异性酶，因此本专利技术中每个石墨烯纳米电极的结构处均可作为一个单独的生物分子检测芯片，所有工作电极区域设置的用于识别待测指标的特异性酶不全相同，因此本专利技术纸基石墨烯酶生物传感器上会具有两种以上不同的生物分子检测芯片，从而可支持多目标信号的同时检测，能够很好适应分子检测芯片灵活的应用场景，高效地为医疗提供更加丰富的数据参考。综上，本专利技术解决了当前纸基生物分子检测芯片纳米结构引入复杂、微流道电极制造分离、效率低和检测目标单一的问题。
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1.纸基石墨烯酶生物传感器，其特征在于，包括纸基底，所述纸基底包括传感器区域、测液滴加区域(4)和互连微流道(5)，测液滴加区域(4)通过互连微流道(5)与每个传感器区域连接；
2.根据权利要求1所述的纸基石墨烯酶生物传感器，其特征在于，辅助电极(1)、工作电极(2)和参比电极(3)均采用条形结构，工作电极(2)位于辅助电极(1)和参比电极(3)之间，工作电极(2)位于吸液区域(11)上的一端设置为圆形区域(2-1)，圆形区域(2-1)的直径大于工作电极(2)的宽度，辅助电极(1)位于吸液区域(11)上的一端设置为弧形段(1-1)，该弧形段(1-1)与工作电极(2)的圆形区域(2-1)同心，该弧形段(1-1)的端部延伸至参比电极(3)位于吸液区域(11)上的一端并与参比电极(3)的该端之间留有间距，互连微流道(5)与吸液区域(11)连接的一端位于辅助电极(1)弧形段(1-1)的端部与参比电极(3)的端部之间。
3.根据权利要求1所述的纸基石墨烯酶生物传感器，其特征在于，所述电极层采用Ag/AgCl电极，所述纸基底采用纤维素纸，液体阻断区位于吸液区域(11)
4.权利要求1-3任意一项所述纸基石墨烯酶生物传感器的制备方法，其特征在于，包括如下过程：
5.根据权利要求4所述的纸基石墨烯酶生物传感器的制备方法，其特征在于，纸基底的阻燃处理过程包括：
6.根据权利要求5所述的纸基石墨烯酶生物传感器的制备方法，其特征在于，所述阻燃剂采用浓度为0.1～0.2g/ml的聚磷酸铵溶液，将阻燃剂均匀喷洒于纸基底表面后，在室温下干燥并保持纸基底表面平整。
7.根据权利要求4所述的纸基石墨烯酶生物传感器的制备方法，其特征在于，通过激光加工的方法，在经过阻燃处理的纸基底上加工出辅助电极(1)和工作电极(2)时，在激光的光栅模式下进行，采用离焦的激光扫描方式，设置优化后的离焦距离为1.5～1.7mm，设置激光功率为2.4W～3W，激光扫描速率为112.5mm/s～137.5mm/s，扫描次数为3～5，像素密度为480～520。
8.根据权利要求4所述的纸基石墨烯酶生物传感器的制备方法，其特征在于，通过激光加工的方法，在经过阻燃处理的纸基底上切割出互连微流道(5)和测液滴加区域(4)时，激光工艺参数为激光功率17.7～18.3W，扫描速度362.5～387.5mm/s。
9.根据权利要求4所述的纸基石墨烯酶生物传感器的制备方法，其特征在于，所述疏水剂采用聚二甲基硅氧烷。
10.根据权利要求4所述的纸基石墨烯酶生物传感器的制备方法，其特征在于，对工作电极(2)进行修饰，沉积固定用于识别待测指标的特异性酶时，包括葡萄糖检测传感器的修饰、乳酸检测传感器的修饰和尿酸检测传感器的修饰，其中：
...【技术特征摘要】
1.纸基石墨烯酶生物传感器，其特征在于，包括纸基底，所述纸基底包括传感器区域、测液滴加区域(4)和互连微流道(5)，测液滴加区域(4)通过互连微流道(5)与每个传感器区域连接；
2.根据权利要求1所述的纸基石墨烯酶生物传感器，其特征在于，辅助电极(1)、工作电极(2)和参比电极(3)均采用条形结构，工作电极(2)位于辅助电极(1)和参比电极(3)之间，工作电极(2)位于吸液区域(11)上的一端设置为圆形区域(2-1)，圆形区域(2-1)的直径大于工作电极(2)的宽度，辅助电极(1)位于吸液区域(11)上的一端设置为弧形段(1-1)，该弧形段(1-1)与工作电极(2)的圆形区域(2-1)同心，该弧形段(1-1)的端部延伸至参比电极(3)位于吸液区域(11)上的一端并与参比电极(3)的该端之间留有间距，互连微流道(5)与吸液区域(11)连接的一端位于辅助电极(1)弧形段(1-1)的端部与参比电极(3)的端部之间。
3.根据权利要求1所述的纸基石墨烯酶生物传感器，其特征在于，所述电极层采用ag/agcl电极，所述纸基底采用纤维素纸，液体阻断区位于吸液区域(11)的边缘。
4.权利要求1-3任意一项所述纸基石墨烯酶生物传感器的制备方法，其特征在于，包括如下过程：
5.根据权利要求4所述的纸基石墨烯酶生物传感器的制备方法，其特征在于，纸基底的阻燃处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：李骁，谷雨洋，苏栋，续王凯，张佳，李澍，贺健康，李涤尘，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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