一种高延展度柔性传感芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种高延展度柔性传感芯片贴附于待测物表面，包括聚酰亚胺绝缘基底、纳米金工作电极、Ag/AgCl参比电极以及连接所述工作电极和参比电极的多层石墨烯碳纳米管微孔管道，反应物附着于所述微孔管道内壁，传感芯片贴附于人体，待检测的元素与微孔管道内壁上反应物反应，产生电子迁移，与工作电极间产生电势差，通过检测传感芯片工作电极上的电位变化从而来得出汗液中元素信息。

A Flexible Sensor Chip with High Extensibility

The invention discloses a high ductility flexible sensor chip attached to the surface of the object to be measured, including a polyimide insulating substrate, a nanogold working electrode, an Ag/AgCl reference electrode and a multi-layer graphene carbon nanotube microporous pipeline connecting the working electrode and the reference electrode. The reactant is attached to the inner wall of the microporous pipeline, the sensor chip is attached to the human body, the elements to be detected and the microporous pipeline. Reactors on the inner wall of the pipeline react to produce electron migration, resulting in potential difference between the working electrode and the sensor chip. The element information in sweat can be obtained by detecting the potential change on the working electrode of the sensor chip.

【技术实现步骤摘要】
一种高延展度柔性传感芯片
本专利技术涉及电子器件
，具体涉及一种高延展度柔性传感芯片。
技术介绍
医学上能够反映人体健康状况的参数主要有心率、脉搏、血压、体温、呼吸等，这些参数是主要反映了人体表观的生命现象，被称为生命体征参数。对于人体深层次的健康状况和疾病诊断，通常需要采集更多的参数，比如血氧、血糖、电解质、代谢物等，这些检查参数目前只能在医院检验科通过采集血液样本、利用大型生化分析仪器设备对血液样本进行生化分析而获得。传统的心率、脉搏、体温、呼吸目前都已经可以做到可穿戴的实时监测，每个参数都有相应的非常成熟的传感器芯片模块，这些生命体征参数的监测原理大多是基于光电或振动等物理效应，无法做到精准监测人体深层次健康状况与疾病诊断信息，因为后者基于的原理是从分子层面进行的生物电或电化学反应，目前只能在大型专用检验仪器设备上进行。随着科技的飞速发展，移动医疗逐步具备了移动互联网等基础设施条件，而缺乏能够达到医疗级应用水准以及能够满足医学上疾病诊断级别需求的生化传感芯片，目前基于物理原理的心率、脉搏等传感器已远不能满足移动医疗的应用需求。在健康中国的建设实践中，解决这一问题，提高人民大众每一个人的健康水平显得尤为迫切。要想对人体深层次健康信息进行监测，就必须寻找一种血液检验的替代方法，既可以穿戴在人体上实时获取生理参数指标，又能够无创获取检验的体液样本。在人体的细胞外液中，能够实现这一目的的只有汗液。汗液中含有的电解质、代谢物、营养物等成分同血液一样，能够从分子层面精准地反映人体的健康状况，结合疾病模型，对可能发生的疾病或危险进行预警。汗液也容易获取，能够实现无创而又连续的获取。除了应用于普通人体的健康状况监测以外，在一些特殊行业的作业人员，比如军事、深水作业、航空航天等领域，也需要对作业人员的身体健康状况进行实时监测。目前市场上大多数的可穿戴生命体征监测产品都属于消费类电子产品，与临床医疗级的应用相差甚远。目前所采用的基于物理原理的生命体征监测传感器只能监测表观的生命体征参数，而无法获取人体深层次的健康状况信息和疾病诊断信息。而作为临床诊疗金标准的血液检测必须是有创或微创，必须依靠医院检验科的大型仪器设备才能进行，这就导致了通过血液检测根本无法实现可穿戴的实时监测目的。而汗液作为与血液一样的可以作为临床金标准检测的一种体液，是唯一能够实现人体深层次生理参数的实时精准监测的样本。因此，近些年国际上有一些前沿科学家在研究人体汗液的实时监测传感器。比如欧洲的BIOTEX项目，就是实时监测汗液中的PH值。美国加州大学伯克利分校的一个研究小组，通过采用柔性PCB实现了汗液中钠、钾、乳酸、葡萄糖的实时监测。但其从本质上还是硅基电子材料，是可以弯曲的刚性器件，无法做到检测芯片任意延展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种通过有机材料制成的高延展度柔性传感芯片，贴合在皮肤表面，既可以随皮肤任意弯曲，也可以随皮肤拉伸或收缩，不影响皮肤的正常运动。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高延展度柔性传感芯片贴附于待测物表面，包括纳米金工作电极、Ag/AgCl参比电极以及连接所述工作电极和参比电极的多层石墨烯碳纳米管微孔管道，反应物附着于所述微孔管道内壁，传感芯片贴附于人体，待检测的元素与传感芯片上反应物反应，产生电子迁移，与工作电极间产生电势差，通过检测传感芯片工作电极上的电位变化从而来得出汗液中元素信息。进一步的，所述传感芯片通过转印技术贴附于待测皮肤表面，形成电子纹身。进一步的，所述传感芯片的厚度不超过5μm。进一步的，所述传感芯片还包括聚酰亚胺绝缘基底，所述工作电极、参比电极和微孔管道通过干法蚀刻设置在所述绝缘基底上。进一步的，制作所述绝缘基底的聚酰亚胺采用NMP溶剂稀释至6％w/w。进一步的，所述反应物表面包覆有壳聚糖保护膜。进一步的，所述微孔管道由2mg/ml的石墨烯分散液与2mg/ml的单壁碳纳米管分散液混合制得，混合质量比为7:3～0:10。进一步的，所述石墨烯分散液与单壁碳纳米管分散液混合质量比为1:1。进一步的，所述反应物为生物酶。进一步的，所述反应物为选择性敏感膜。本专利技术的一种高延展度柔性传感芯片，与现有技术相比的有益效果是，贴合在皮肤表面，既可以随皮肤任意弯曲，也可以随皮肤拉伸或收缩，不影响皮肤的正常运动，同时透气性好。附图说明图1是本专利技术中石墨烯与单壁碳纳米管分散液不同比例下电阻的比较。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。参照图1所示，本专利技术的一种高延展度柔性传感芯片的一实施例，本专利技术的传感芯片贴附于待测物表面，本专利技术的工作原理是将传感芯片贴附于人体，待检测的元素与传感芯片上反应物反应，产生电子迁移，与工作电极间产生电势差，通过检测传感芯片工作电极上的电位变化从而来研究反应的变化，本专利技术的传感芯片包括纳米金工作电极、Ag/AgCl参比电极以及连接所述工作电极和参比电极的石墨烯碳纳米管微孔管道，反应物附着于所述微孔管道内壁，纳米金颗粒具有大的表面积/体积比、高的表面反应活性，具有很强的负载能力。极小的尺寸使得纳米颗粒用作微“导线”，在芯片贴附于人体表面时，能够拉近传感芯片与待测生物分子活性中心的距离，有利于提高电子从生物活性反应中心到传感芯片表面的迁移率，从而提高传感芯片的灵敏度，有很好的生物兼容性，为了检测传感芯片工作电极上的电位变化，参比电极的电势应接近于理想不极化，电位恒定，并且受外力影响很小，提供一个稳定的对照电位，Ag/AgCl电极符合以上条件，并且固相不溶解于电解液，重现性好，石墨烯纳米材料极薄的结构十分有利于微米、纳米传感器件的制造；有限空间内大的表面积可以提高工作电极的表比面积，能够提升传感器的电子迁移率，对于传感器的灵敏度的提升和检测限的降低都有很好的作用，碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)。碳纳米管具有良好的导电性、催化活性和较大的比表面积，可使过电位大大降低及对部分氧化还原蛋白质能产生直接电子转移现象，因此被广泛用于修饰电极的研究，根据实验，碳纳米管与石墨烯混合修饰比单独作用效果要好，使用石墨烯碳纳米管混合液代替石墨烯分散液进行修饰，如图1所示，采用使用2mg/ml的石墨烯分散液与2mg/ml的单壁碳纳米管分散液，分析其最佳比例可比较溶剂蒸发后的电阻，混合质量比为7:3～0:10时电阻较小，当石墨烯分散液与单壁碳纳米管分散液混合质量比为1:1的比例时，电阻最小；同时石墨烯碳纳米管形成连接工作电极与参比电极的微孔管道，一方面保证芯片贴附与皮肤时皮肤的透气性，另一方面，反应物附着于微孔管道内壁，汗液在微孔管道内流通，汗液内的成分与微孔管道内壁的反应物反应，保证检测的实时性及反应的充分，提高了传感芯片的灵敏性，所述传感芯片通过转印技术贴附于待测皮肤表面，形成电子纹身，由于纳米电极和微孔管道均可延展，因此传感芯片在具有良好的测试能力的基础上不影响皮肤的运动，且采用转印技术使得贴附于人体皮肤的传感芯片结构超薄，对人体活动无影响。在本专利技术的另一实施例中，所述传感芯片还包括聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高延展度柔性传感芯片，贴附于待测物表面，其特征在于，包括纳米金工作电极、Ag/AgCl参比电极以及连接所述工作电极和参比电极的多层石墨烯碳纳米管微孔管道，反应物附着于所述微孔管道内壁。

【技术特征摘要】
1.一种高延展度柔性传感芯片，贴附于待测物表面，其特征在于，包括纳米金工作电极、Ag/AgCl参比电极以及连接所述工作电极和参比电极的多层石墨烯碳纳米管微孔管道，反应物附着于所述微孔管道内壁。2.如权利要求1所述的高延展度柔性传感芯片，其特征在于，所述传感芯片通过转印技术贴附于待测皮肤表面，形成电子纹身。3.如权利要求1所述的高延展度柔性传感芯片，其特征在于，所述传感芯片的厚度不超过5μm。4.如权利要求1所述的高延展度柔性传感芯片，其特征在于，所述传感芯片还包括聚酰亚胺绝缘基底，所述工作电极、参比电极和微孔管道通过干法蚀刻设置在所述绝缘基底上。5.如权利要求4所述的高延展度柔性传感芯片，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏红祥，黄显，张杰，
申请(专利权)人：苏州麦米医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32