一种PEDOT:PSS水凝胶修饰电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种PEDOT:PSS水凝胶修饰电极及其制备方法和应用。其制备方法，包括以下步骤：(1)将含CuSO4·

【技术实现步骤摘要】
一种PEDOT:PSS水凝胶修饰电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及传感器电极
，更具体的说是涉及一种PEDOT:PSS水凝胶修饰电极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]可穿戴传感器能够连续检测生命体征信号(心电图、呼吸频率、脉搏、皮肤水合作用等)，具有巨大的应用潜力。目前的工作主要集中于检测皮肤或表皮下浅层组织中的物理信号。组织液中循环代谢物(例如尿酸和葡萄糖等)的实时追踪和检测在医疗保健领域具有重要意义，因为它可以为用户在分子水平上提供切实可行的反馈。检测组织液中的目标物往往需要植入传感器，无创型可穿戴传感器尚处于开发阶段，亟待深入研究。
[0003]设计开发无创型可穿戴生物传感器，并用其连续检测组织液(汗液、唾液或泪液)中与人体性能相关的标志物，近年来引起了研究者广泛的研究兴趣。在设计无创型可穿戴传感器方面，科学家开发了多种检测方法，例如比色法、荧光法和电化学法。其中，电化学法适用于传感界面的检测，具有灵敏度高、仪器成本低、易于与读出电子设备集成的特点。
[0004]一般的，酶促传感器凭借其高的灵敏度和选择性，用于生物分子检测。但是，酶促传感器易受环境变化(例如温度或pH值)的影响，稳定性较差。因此，研究设计非酶促电化学可穿戴传感器至关重要。
[0005]尿酸(UA)作为嘌呤代谢的最终产物，在人体血液和汗液中的浓度具有一定关系。通过实时监测汗液中尿酸的浓度，可有效降低临床环境中痛风和高尿酸血症的风险。然而，汗液中的代谢物(例如UA)浓度很低，因此设计灵敏度高、具有可穿戴性的电化学传感器用于人体汗液检测，具有重要研究价值。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术采用电聚合法修饰工作电极，成功构建PEDOT:PSS水凝胶电极，水凝胶粘附力强，水凝胶电极比较稳定，可用于制备可穿戴传感器，能够有效检测汗液中尿酸的浓度变化，灵敏度高，选择性好，具有柔性，可实现对生物流体中代谢物和营养物的精确检测。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种PEDOT:PSS水凝胶修饰电极的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将含CuSO4·
5H2O的乙酸水溶液滴加在印刷电极上，以
‑
0.4V的恒定电压电沉积，以获得均匀的铜镀层；
[0010](2)滴加PEDOT:PSS电解质溶液，在0.5V恒定电位下电沉积，获得PEDOT:PSS水凝胶修饰电极。
[0011]制备原理为在足够的阳极电压下，工作电极上的金属铜被氧化成铜离子，扩散到电解液中，并局部诱导PEDOT:PSS电解液凝胶化。
[0012]采用上述技术方案的有益效果：现有的技术难以将水凝胶电极直接应用于可穿戴
传感器，并且水凝胶容易失水，进而引起机械、电学等性能发生改变，导致器件性能不稳定；同时高含水量增加水凝胶与其它基底或电极材料之间的键合难度。是实现其工程化应用的关键。本专利技术的制备方法简单，水凝胶附着性强，且具有良好的机械性能和很好的传感性能。
[0013]优选的，步骤(1)中，所述CuSO4·
5H2O的浓度为0.01g mL
‑1，所述乙酸水溶液中乙酸与水的体积比为4:45。
[0014]优选的，步骤(1)中，电沉积的时间为230～270秒；步骤(2)中，电沉积的时间为550～650秒。
[0015]上述制备方法中参数的改变会影响水凝胶沉积的厚度及均匀程度，上述制备方法得到的水凝胶沉积均匀，且厚度一致。
[0016]本专利技术还公开了上述PEDOT:PSS水凝胶修饰电极在制备可穿戴传感器中的应用。
[0017]优选的，所述传感器用于检测汗液中的尿酸浓度变化。电极表面尿酸发生氧化反应失两个电子变成了氧化态结构，其氧化还原过程机理如下：
[0018][0019]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提提供了一种PEDOT:PSS水凝胶修饰电极，由于电极材料对于可穿戴传感器的电化学传感性能具有决定性作用，而导电聚合物PEDOT:PSS水凝胶可加工性强，机械强度高，导电性良好。并且，水凝胶比表面积大，柔性好，对于构建柔性传感器具有重要的研究价值。采用此电极制备的可穿戴传感器具有以下优点：
[0020]1、可有效检测汗液中的尿酸，灵敏度高，选择性强。
[0021]2、该可穿戴传感器具有一定的柔性、长期稳定性和形变稳定性。
[0022]3、该可穿戴传感器可以有效检测健康受试者在禁食和富含嘌呤的饮食后汗液中的UA浓度变化。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0024]图1附图为PEDOT:PSS水凝胶修饰电极的制备流程图；
[0025]图2附图为PEDOT:PSS水凝胶表征图谱，其中，(A)为PEDOT:PSS水凝胶修饰电极放大200倍的扫描电镜图像，B为PEDOT:PSS水凝胶修饰电极放大500倍的扫描电镜图像；(C)PEDOT:PSS水凝胶的热重曲线；(D)PEDOT:PSS水凝胶的傅立叶变换红外光谱图；(E)CPE/PEDOT:PSS水凝胶电极在5.0mM含0.1M KCl的[Fe(CN)6]3‑
/4
‑
溶液中以不同扫描速率(20
‑
200mV s
‑1)进行的CV曲线；(F)CPE/PEDOT:PSS电极扫描速率与氧化还原电流峰值平方根的线性图；
[0026]图3附图为PEDOT:PSS水凝胶修饰电极构建的电化学性能表征图谱，其中，(A)为裸印刷电极(蓝线)和CPE/PEDOT:PSS水凝胶修饰电极(红线)在5.0mM含0.1M KCl的[Fe(CN)6]3‑
/4
‑
溶液中的EIS图；(B)为裸印刷电极(蓝线)和CPE/PEDOT:PSS修饰电极(红线)在PBS溶液(0.2M,pH 7)中对0.5mM尿酸的DPV图；(C)为不同电位下CPE/PEDOT:PSS修饰电极对0.1mM UA的i
‑
t曲线；(D)为CPE/PEDOT:PSS修饰电极在不同pH的PBS溶液中对0.2mM UA的DPV响应；(E)为CPE/PEDOT:PSS修饰电极在搅拌PBS(0.2M,pH7)溶液中对2
‑
250μM尿酸的i
‑
t响应，应用电压为0.4V；(F)UA传感器的相关线性校准图；
[0027]图4附图为CPE/PEDOT:PSS可穿戴传感器对50μM的UA、50μM酒精(EA)、4mM的乳酸(LA)、10μM的抗坏血酸(AA)和100μM葡萄糖(Glu)的i
‑
t曲线；
[0028]图5附图为CPE/P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PEDOT:PSS水凝胶修饰电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将含CuSO4·
5H2O的乙酸水溶液滴加在印刷电极上，以
‑
0.4V的恒定电压电沉积，以获得均匀的铜镀层；(2)滴加PEDOT:PSS电解质溶液，在0.5V恒定电位下电沉积，获得PEDOT:PSS水凝胶修饰电极。2.根据权利要求1所述的一种PEDOT:PSS水凝胶修饰电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述CuSO4·
5H2O的浓度为0.01g mL
‑1，所述乙酸水溶液中乙酸与水的体积比为4:45。...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗细亮，高凤仙，许珍颖，许梁，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：