柔性电化学电极及皮下连续葡萄糖监测传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种柔性电化学电极及安装有该柔性电化学电极的皮下连续葡萄糖监测传感器，其直接以化学镀金薄膜两面的金层分别作为工作电极与参比‑对电极，构成电化学两电极体系，并在设定的工作电极表面电沉积花瓣状铂纳米颗粒作为催化层，然后电泳沉积碳纳米管/Nafion网孔层作为抗干扰层，并在其上通过静电吸附形成酶生化敏感层，在戊二醛中交联固化后涂覆聚氨酯传质限制保护层，制备成柔性连续葡萄糖监测传感器；该传感器无需光刻或网版印刷等技术构造电化学电极系统，能够有效简化加工工艺、易于实现规模化生产、降低生产成本，同时具有宽线性范围、低检测限、强抗干扰性、高响应灵敏度、以及长期稳定性等特性。

Flexible electrochemical electrode and subcutaneous continuous glucose monitoring sensor

The utility model discloses a flexible electrochemical electrode and installation of the flexible electrochemical electrode of continuous subcutaneous glucose monitoring sensor, it directly to the gold layer on both sides of the chemical gold plating film respectively as the working electrode and reference electrode of, composed of two electrode electrochemical system, and in the setting of the working electrode surface of electrodeposited platinum nano petal particles are used as the catalyst layer, and electrophoretic deposition of carbon nanotubes /Nafion mesh layer as anti interference layer, and the formation of enzyme by electrostatic adsorption in the sensitive layer, glutaraldehyde crosslinked polyurethane coated mass transfer limitation protection layer prepared by flexible continuous glucose monitoring sensor; the sensor without lithography or screen printing technology structure electrochemical electrode system, can effectively simplify the process, easy to realize large-scale production, reduce production cost, at the same time It has the characteristics of wide linear range, low detection limit, strong anti-interference, high response sensitivity, and long-term stability.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种生物传感器，尤其涉及一种柔性电化学电极及安装该电化学电极的皮下连续葡萄糖监测传感器，属于电流测定式连续葡萄糖监测传感器

技术介绍
糖尿病是严重威胁人类健康的常见慢性病之一，目前仍无法治愈，但有效的血糖管理可以大幅降低并发症的发生率，提高患者生活质量。血糖检测是糖尿病诊断与管理的金标准，为了解决一日多次的指尖穿刺采血所带来的不便与痛楚，业内技术人员开创了可以植入皮下的连续血糖监测系统（CGMS），例如国际申请号PCT/US2005/032102，国际公布号WO/2006/029293，公开了一种血液接触传感器，其包括一个传感器可以监测到样品的存在及其的装配工具，装配工具有一个传感器终端，固定在传感器上，以及装配工具时适合于静脉流装置联合使用。为了更进一步改善以上述“血液接触传感器”为例的连续血糖监测系统中，葡萄糖传感器兼容性、稳定性等特性，CN101530327A，公开了一种皮下组织实时监测用针状电流测定式葡萄糖传感器及其制作方法，其包括一个针状式参考电极和至少一个针状式工作电极，工作电极由里至外依次为导电层、高分子材料内膜层、酶膜层、高分子材料控制扩散层；该传感器虽然通过针状式电极能够直接植入皮下组织，但是由于该装置包括一个针状式参考电极和至少一个针状式工作电极，植入皮下组织时创伤大。此外，该装置的导电层由金属基体、金属过渡层和贵金属层由内而外组成，由于金属过渡层、贵金属层均需要附着到金属基体表面，制作成本高、加工工艺繁杂。现有技术中，该类传感器也有以柔性聚合物薄膜为基底，在其上印刷碳电极或沉积金电极，通过电极的层层组装或平面错位排布形成电化学三电极检测系统；或者直接利用极细的金属线实现。但这些方法大都工艺复杂，规模化程度低，使得这类产品生产成本高，价格昂贵，制约了 CGMS 系统的推广应用。而且，对于以柔性聚合物薄膜为基底的传感器制备工艺，在绝缘的聚合物薄膜上沉积导线及电极，通常采用真空磁控溅射、光刻、丝网印刷、喷印等技术实现，但真空蒸镀的金属层往往与基底结合力差，非常容易脱落；而光刻工艺中的化学镀方法，薄膜表面化学镀的方法中通常含有危险性或有毒试剂，随着 ROHS及WEEE标准中对这类试剂的严格控制，这类工艺中必需的强氧化剂表面刻蚀工艺逐渐向低温等离子表面处理及过渡层工艺转变，但仍存在工艺复杂，对工件的大小和形状有特殊要求，镀层与基底结合度不好等问题；丝网印刷材料工艺传统，技术成熟，但也存在精度不高，不易于微型化，材料浪费严重的问题，现已逐步向喷印制造发展，但这一新兴的方法仍面临诸多挑战，如喷印墨水的特性调控、喷头堵塞、基底与墨水的结合力问题，墨水的固化方法等。另外，对于以极细的金属线为电极的工艺，一般采用价格高昂的有聚四氟乙烯绝缘外套的铂铱细丝实现，以去除绝缘层的导线部分为工作电极，以涂覆 Ag/AgCl 银浆或缠绕细Ag丝并氯化后的部分为对比电极实现两电极电化学体系，这类工艺原材料成本高，且由于只能在径向构置两电极体系，导致电极传感部分较长，需要植入皮下较深的部位，容易出现意外损伤毛细血管的现象，再者，这种传感器制作工艺繁杂，不利于规模化生产，导致生产成本一直居高不下。
技术实现思路
本技术的目的是设计一种柔性电化学电极及皮下连续葡萄糖监测传感器，该传感器无需光刻或网版印刷等图案化技术，能够有效简化加工工艺、降低生产成本，且减小植入创伤，提高灵敏度等特性。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案。技术方案1：一种柔性电化学电极，其特征在于：电极基体由高分子薄膜制成，电极基体两侧面均通过表面金属化技术沉积一金层，该两个金层分别作为工作电极(A)和参比-对电极(B)；工作电极(A)由金层至外侧分别覆盖有铂黑层、碳纳米管/Nafion网孔层、酶生化敏感层、聚氨酯保护层；参比-对电极(B)由金层至外分别覆盖有铂黑层和聚氨酯保护层；电极基体上开有贯通两侧聚氨酯保护层的通孔，且通孔处涂覆有亲水性高分子层。优选的，电极上的通孔形状为圆孔、方孔或叉指梳状孔。优选的，高分子薄膜厚度为20μm～200μm；电极基体两侧的金层厚度至少为5μm。技术方案2：一种皮下连续葡萄糖监测传感器，其包括引线基座和技术方案1所述的柔性电化学电极，且电极呈细针状。优选的，所述细针状电极直径不超过0.3mm。优选的，所述高分子薄膜厚度至少为20μm；电极基体两侧的金层厚度至少为5μm。优选的，电极上的通孔为圆孔、方孔或叉指梳状孔，且电极上的通孔的直径或宽度不超过0.15mm。与现有技术相比本技术的有益效果是：本技术直接以化学镀金薄膜两面的金层构成电化学两电极体系，并通过层层组装，在电极表面依次修饰催化层、抗干扰层、葡萄糖氧化酶层及传质限制层，形成单片双面式柔性电化学电极，无需光刻或网版印刷等技术，能够有效简化加工工艺、降低生产成本；安装有该柔性电化学电极的皮下连续葡萄糖监测传感器，对葡萄糖的线性范围可达30mM以上，检出限小于0.25mM，信号长期稳定性好，抗干扰性强，灵敏度可达100μA/(mmol/L•cm-2)以上，且响应速度快，可用于皮下连续血糖监测，同时，单片式电极结构也有效减小植入创伤。附图说明图1是本技术柔性电化学电极的剖视结构示意图；图2是本技术柔性电化学电极的立体结构示意图；图3是本技术柔性电化学电极第二实施例的立体结构示意图；图4是本技术柔性电化学电极第三实施例的立体结构示意图；图5是本技术皮下连续葡萄糖监测传感器的制备工艺流程图；图6、7、8是本技术传感器对葡萄糖监测性能试验数据分析图；图9是本技术传感器对抗坏血酸、尿酸和的醋氨酚抗干扰试验数据分析图。具体实施方式为了使本技术的技术方案更加清晰，以下结合附图1-5，对本技术进行详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本技术，并不是为了限定本技术的保护范围。实施例1：参照附图1、2。一种柔性电化学电极，其电极基体1由高分子薄膜(PI)制成，PI厚度为20μm～200μm，优选PI厚度至少20μm；电极基体1两侧面均通过表面金属化技术沉积一金层2、20，电极基体1两侧的金层2、20厚度至少为5μm，该两个金层2、20分别作为工作电极A和参比-对电极B；工作电极A由金层2至外侧分别覆盖有铂黑层3、碳纳米管/Nafion网孔层4、酶生化敏感层5、聚氨酯保护层6；参比-对电极B由金层20至外分别覆盖有铂黑层30和聚氨酯保护层60；电极基体1上开有贯通两侧聚氨酯保护层6和60的通孔9，通孔9可由紫外激光切割而成且通孔9的数量可任意组合；通孔9为圆孔，且圆孔处涂覆有亲水性高分子层。通孔9设于电极的工作区域，电极上还设有绝缘区域8和引线区域7。表面金属化技术为现有技术，近年来的仿生学研究发现，水溶液条件下，多巴胺能发生氧化聚合，在聚合物、金属、陶瓷、玻璃、木材等一系列固体材料表面形成一层超强附着的复合层，而多巴胺的邻苯二酚基团能够对金属产生一定强度的束缚力，且聚多巴胺复合层对金属离子具有较强的还原能力；当表面沉积聚多巴胺层的改性材料浸入金属盐溶液中时，复合层从溶液中还原金属阳离子并使之沉积在材料表面，从而实现无电镀的材料表面金属化。实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性电化学电极，其特征在于：电极基体(1)由高分子薄膜制成，电极基体(1)两侧面均通过表面金属化技术沉积一金层(2、20)，该两个金层(2、20)分别作为工作电极(A)和参比‑对电极(B)；工作电极(A)由金层(2)至外侧分别覆盖有铂黑层(3)、碳纳米管/Nafion网孔层(4)、酶生化敏感层(5)、聚氨酯保护层(6)；参比‑对电极(B)由金层(20)至外分别覆盖有铂黑层(30)和聚氨酯保护层(60)；电极基体(1)上开有贯通两侧聚氨酯保护层(6、60)的通孔(9)，且通孔(9)处涂覆有亲水性高分子层。

【技术特征摘要】
1.一种柔性电化学电极，其特征在于：电极基体(1)由高分子薄膜制成，电极基体(1)两侧面均通过表面金属化技术沉积一金层(2、20)，该两个金层(2、20)分别作为工作电极(A)和参比-对电极(B)；工作电极(A)由金层(2)至外侧分别覆盖有铂黑层(3)、碳纳米管/Nafion网孔层(4)、酶生化敏感层(5)、聚氨酯保护层(6)；参比-对电极(B)由金层(20)至外分别覆盖有铂黑层(30)和聚氨酯保护层(60)；电极基体(1)上开有贯通两侧聚氨酯保护层(6、60)的通孔(9)，且通孔(9)处涂覆有亲水性高分子层。2.根据权利要求1所述的柔性电化学电极，其特征在于：电极上的通孔(9)形状为圆孔、方孔或叉指梳状孔。3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玮，
申请(专利权)人：杭州宇壳科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33