【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成电路检测，具体涉及一种用于检测铵根离子的二维-三维复合电极及其制备方法、2.5d小芯片封装及应用。
技术介绍
1、人体血液中阳离子水平可以反映出个体的代谢状态,饮食状态以及肝脏的健康状态。在运动过程中,人体血液中的铵根离子浓度会从需氧状态转变为厌氧状态。此外,由于肝脏在排泄之前将氨转化为尿素,因此铵根离子可用作肝脏疾病如肝炎或肝硬化的标志物。然而,血液中的铵根离子的检测需要收集血液样本，检测繁琐耗时,因此发展一种高精度的，可实时检测铵根离子含量的方法非常必要。
2、研究表明,铵根离子可以通过扩散从血浆中排至汗液,汗液中的铵根离子水平与其在血液中的浓度直接相关。czarnowski等考察了血液中铵根离子浓度和尿素水平与汗液中铵根离子浓度之间的关系,他们的研究表明,血浆中的氨是汗液中铵根离子的主要来源。此外,在短期运动期间,铵根离子主要通过出汗液分泌。通过对运动员进行的长时间研究,在运动前后,血液中的铵根离子浓度有着显著增长,运动时血液中的铵根离子浓度几乎是平常的三倍。此外,长时间的低碳水化合物饮食,也会影响汗液中的铵根离子浓度水平。总而言之,汗液中铵根离子浓度可用作蛋白质代谢分解的指标,提供人体在许多不同情况下的生理信息,例如从有氧运动到无氧运动的变化,以及个人饮食状况的信息等等。
3、目前，常规的离子检验与研究通常借助固定的生物研究仪器如高效液相色谱仪、质谱仪等，这些不利于对离子浓度进行随时研究。另外，现有的微型便携传感器的检测限、灵敏度也存在不足。因此进一步开发出灵敏度高、检测范围广且
4、在中国专利“一种铵根离子传感器及其制备方法”(cn115856035a)中，公开了一种铵根离子传感器及其制备方法，铵根离子传感器包括：基底、间隔设置在所述基底上的参比电极和工作电极。工作电极包括依次层叠设置的金属电极层、枝状金纳米材料层、导电聚合物层、铵根离子选择膜。金属电极层贴合枝状金纳米材料层的一侧，按照枝状金的形状包裹在枝状金表面。该传感器使用了铵根离子选择性膜，一般来说，组成离子选择性膜的材料价格较高，相较于无膜的电极成本较高。
5、在论文“conductive metal–organic frameworks as ion-to-electrontransducers in potentiometric sensors”(acs applied materials&interfaces 2018,10,19248-19257)中介绍了一种导电金属-有机框架和离子选择性膜组合的离子传感器。将几种导电三维金属有机框架滴铸到玻碳电极上，然后用离子选择性膜覆盖，以形成离子传感器。结果表明，该器件具有宽动态范围(1mm–2mm)和较低的检测限(10–7m)。这种传感器采用滴铸金属有机框架的方法制成，相比于原位生长金属有机框架，其稳定性较差。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种二维-三维复合电极及其制备方法、2.5d小芯片封装方法及应用，解决铵根离子检测和信号传输过程中的困难，将具备铵根离子检测与信号传输功能的铵根离子传感芯片用于汗液监测。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的一种二维-三维复合电极si/ag/zn/zif-8/
3、cu3(hhtp)2-mxene；zif-8为2-甲基咪唑锌mof。
4、作为优选的，该二维-三维复合电极的基底为表面光滑平整的si/ag，上方为薄zn层，在其上方是具有纳米正十二面体结构的三维的zif-8层，zif-8层的上方为纳米针状结构的三维的cu3(hhtp)2层和二维的mxene层构成的复合层。
5、其中，ag层的厚度为(30-80)nm；薄zn层的厚度为(30～60)nm，位于ag层的上方；zif-8层厚度为(200～400)nm，内部通过n-c键连接，与zn层通过zn-n键连接；cu3(hhtp)2-mxene复合层的厚度为(240～390)nm，cu3(hhtp)2垂直并相互交叉附着在zif-8的表面，cu3(hhtp)2的氢原子和zif-8的氢原子构成氢键，且通过氢键连接形成多孔结构；mxene通过ti-c键嵌入到zif-8和cu3(hhtp)2的构成的多孔结构中。
6、该电极整体含有元素c、n、o、zn、cu、ti，各元素质量百分数为ti＝(0.1～0.5)％,cu＝(0.5～1)％，zn＝(0.5～1.5)％，n＝(10～20)％，o＝(25～35)％，其它为c元素。
7、另外，本专利技术还提供了复合电极的制备方法，包括以下步骤：
8、1)制备si/ag结构：将干净的si片切割成(1～2)cm×(1～2)cm的电极，经去离子水、丙酮和乙醇在超声清洗机中洗涤(10～20)分钟，并用氮气吹干，接着用紫外臭氧下处理(10～20)分钟；在si片上通过热蒸发技术沉积ag层；
9、2)制备si/ag/zn结构：在ag层表面通过磁控溅射技术沉积zn层；
10、3)cu3(hhtp)2的制备：将醋酸铜和水合三联苯粉末溶于n,n-二甲基甲酰胺水溶液经反应、离心、干燥后，得到cu3(hhtp)2粉末；所述水合三联苯为2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯(2,3,6,7,10,11-hexahydroxytriphenylene)，hhtp。
11、4)mxene的制备：取(1～2)g氟化锂溶解到(15～25)ml浓度为(5～10)m盐酸溶液中，(30～50)℃水浴加热并持续进行搅拌，间隔(2～4)分钟添加(1～2)g钛碳化铝粉末，添加(5～10)次后，经离心机(3000～5000)转/分钟离心处理后，取沉淀并用去离子水多次洗涤后得到浓度为(0.1～0.3)g ml-1的mxene溶液；
12、5)制备si/ag/zn/zif-8/cu3(hhtp)2-mxene复合电极：将(8～9)g 2-甲基咪唑和(10～11)g三乙胺溶于(90～110)ml去离子水；然后，取(2～4)ml上述混合溶液与(5～8)ml去离子水和(0.2～0.6)ml浓度20-40％的过氧化氢混合制备反应溶液；接着，向其加入步骤3)中的(30～60)mg cu3(hhtp)2粉末和(3～6)ml mxene溶液，在(60～70)℃的水浴锅中充分反应(0.5～1)小时并磁力搅拌；最后，加入制备好的si/ag/zn基底，继续反应(0.5～1)小时，待反应结束后经洗涤(40～80)℃下干燥，即可制得si/ag/zn/zif-8/cu3(hhtp)2-mxene电极。
13、作为优选的，由si/ag/zn/zif-8/cu3(hhtp)2-mxene工作电极、参比电极、对电极和pbs(磷酸缓冲盐溶液)缓冲液组成三电极电化学检测电极系统，用于铵根离子、汗液监测。基于该复合电极检测铵根离子时，电极中的zif-8与cu3(hhtp)2作为具有大比表面积的多孔材料，大大本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二维-三维复合电极Si/Ag/Zn/ZIF-8/Cu3(HHTP)2-MXene，其特征在于，所述复合电极的基底为Si片，在Si片表面依次设有Ag层、Zn层、ZIF-8层、Cu3(HHTP)2-MXene复合层，光滑平整的Si/Ag上方为薄Zn层，在Zn层上方是具有纳米正十二面体结构的三维的ZIF-8层，ZIF-8层的上方为纳米针状结构的三维的Cu3(HHTP)2和二维的MXene层构成的复合层；其中，Ag层的厚度为30-80nm；Zn层的厚度为30～60nm；ZIF-8层厚度为200～400nm，内部通过N-C键连接，与Zn层通过N-Zn键连接；Cu3(HHTP)2-MXene复合层的厚度为240～390nm，Cu3(HHTP)2垂直于ZIF-8的表面并相互交叉，Cu3(HHTP)2的氢原子和ZIF-8的氢原子构成氢键，且通过氢键连接形成多孔结构，MXene通过Ti-C键嵌入到ZIF-8和Cu3(HHTP)2构成的多孔结构中。
2.一种权利要求1所述二维-三维复合电极Si/Ag/Zn/ZIF-8/Cu3(HHTP)2-MXene的制备方法，其特征在于，包括以
3.一种用于含铵根离子体系的检测电极系统，其特征在于，包括权利要求1所述的或者由权利要求2所述制备方法得到的复合电极Si/Ag/Zn/ZIF-8/Cu3(HHTP)2-MXene。
4.如权利要求3所述的检测电极系统，其特征在于，将复合电极Si/Ag/Zn/ZIF-8/Cu3(HHTP)2-MXene作为工作电极并结合参比电极、对电极和PBS缓冲液组成三电极电化学检测电极。
5.如权利要求3所述的检测电极系统，其特征在于，所述含铵根离子体系包括汗液、血液、环境溶液或者其他可能含有铵根离子的溶液。
6.一种基于权利要求3-5任一项所述检测电极系统的铵根离子监测芯片，其特征在于，包括铵根离子检测模块、滤波模块、模数转换模块、存储模块、无线收发模块、微处理器模块和电源管理模块；铵根离子检测模块包括铵根离子检测电极系统和温度传感器；
7.如权利要求6所述铵根离子监测芯片，其特征在于，采用2.5D芯片封装，其中，所述的铵根离子检测模块、滤波模块、微处理器模块和电源管理模块均位于PI胶上，PI胶位于硅中介层上；铵根离子检测模块、存储模块和无线收发模块堆叠在一起，其中铵根离子检测模块位于最下层，无线收发模块位于最上层，存储模块位于铵根离子检测模块与无线收发模块之间；滤波模块和模数转换模块堆叠在一起，且滤波模块位于模数转换模块的下方；其中，
8.权利要求6或7所述铵根离子监测芯片的工作方法，其特征在于，首先，芯片通电自检，微处理器模块读取铵离子检测模块的铵根离子检测电极和温度传感器空载读数，并判断读数是否正常，若读数异常则发出警告信号，若正常则进入正常工作模式；由铵根离子检测模块给外部电化学电极施加偏压并接收铵根离子浓度电信号以及温度电信号，并将它们转换为电信号传送给滤波模块；滤波模块对输入信号进行低通滤波处理，并将数据发送至模数转换模块；模数转换模块对输入信号进行模数转换，并将数据发送至微处理器模块；当温度处于-30～5℃或25～150℃时，微处理器模块结合温度信号对铵根离子浓度电信号进行温度补偿，否则，直接将数据发送至存储模块；随后，由存储模块存储修正后的数据；最后，由无线发射模块通过无线发送天线将信号发送至接收终端。
9.如权利要求8所述的工作方法，其特征在于，温度补偿的有效范围为-30～5℃或25～150℃；当铵根离子检测模块检测到温度处于-30～5℃或25～150℃时，微处理器模块根据温度补偿公式对数据进行误差补偿,其中，温度处于-30～5℃时的温度补偿公式为I＝I0*[1+a*(5-t)]，温度处于25～150℃时的温度补偿公式为I＝I0*[1+a*(t-25)]，I为温度补偿结果，I0为当前电流实际值，a为温度补偿系数，t为当前温度。
...【技术特征摘要】
1.一种二维-三维复合电极si/ag/zn/zif-8/cu3(hhtp)2-mxene，其特征在于，所述复合电极的基底为si片，在si片表面依次设有ag层、zn层、zif-8层、cu3(hhtp)2-mxene复合层，光滑平整的si/ag上方为薄zn层，在zn层上方是具有纳米正十二面体结构的三维的zif-8层，zif-8层的上方为纳米针状结构的三维的cu3(hhtp)2和二维的mxene层构成的复合层；其中，ag层的厚度为30-80nm；zn层的厚度为30～60nm；zif-8层厚度为200～400nm，内部通过n-c键连接，与zn层通过n-zn键连接；cu3(hhtp)2-mxene复合层的厚度为240～390nm，cu3(hhtp)2垂直于zif-8的表面并相互交叉，cu3(hhtp)2的氢原子和zif-8的氢原子构成氢键，且通过氢键连接形成多孔结构，mxene通过ti-c键嵌入到zif-8和cu3(hhtp)2构成的多孔结构中。
2.一种权利要求1所述二维-三维复合电极si/ag/zn/zif-8/cu3(hhtp)2-mxene的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.一种用于含铵根离子体系的检测电极系统，其特征在于，包括权利要求1所述的或者由权利要求2所述制备方法得到的复合电极si/ag/zn/zif-8/cu3(hhtp)2-mxene。
4.如权利要求3所述的检测电极系统，其特征在于，将复合电极si/ag/zn/zif-8/cu3(hhtp)2-mxene作为工作电极并结合参比电极、对电极和pbs缓冲液组成三电极电化学检测电极。
5.如权利要求3所述的检测电极系统，其特征在于，所述含铵根离子体系包括汗液、血液、环境溶液或者其他可能含有铵根离子的溶液。
6.一种基于权利要求3-5任一项所述检测电极系统的铵根离子监测芯片，其特征在于，包括铵根离子检测模块、滤波模块、模数转换模块、...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾玮，罗嗣力，李延龙，荣达，王思亮，陈志亮，桂鹏彬，郭小辉，叶飞鸿，黄志祥，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：
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