基于激光直写的柔性电化学葡萄糖传感器制造技术

本实用新型专利技术提供柔性电化学葡萄糖传感器，该传感器具备由位于聚酰亚胺膜衬底的同一平面上的工作电极、参比电极和对电极构成的平面三电极，工作电极由石墨烯层和其表面的至少一部分上涂覆的氧化铜层构成，参比电极由石墨烯层和其表面的至少一部分上涂覆的Ag/AgCl导电层构成，对电极由石墨烯层构成，上述工作电极、参比电极和对电极以彼此相距规定间隔的方式配置，并且参比电极中的Ag/AgCl导电层与对电极相对地配置。本实用新型专利技术的传感器具有较宽的线性检测范围，加工制备简单，生产成本低，易于批量生产的优点，弯曲多次后稳定性好，可以与柔性的温度、压力、应变传感器集成在一起，在人体健康检测、生物医疗等领域有广泛的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
基于激光直写的柔性电化学葡萄糖传感器


[0001]本技术属于传感器制造
，具体涉及一种基于激光直写的柔性电化学葡萄糖传感器。

技术介绍

[0002]国际糖尿病联盟(International diabetes mellitus,IDF)的数据显示，到2019年全球约4.63亿人患有糖尿病，即9.3％的20～79岁成人患有糖尿病，11个人中有一个为糖尿病患者。血糖浓度是早期发现和治疗糖尿病的重要指标之一。因此快速且准确的检测葡萄糖浓度有着重要的实际意义。目前葡萄糖传感器主要分为酶基传感器和非酶传感器。
[0003]酶基传感器对葡萄糖的选择性高、灵敏度好，但是这种传感器有消耗性和反应的不可逆性，这些器件通常会存在信号漂移和不够精确的问题，以及易受环境因素干扰(pH或温度)。此外葡萄糖氧化酶的修饰方法也有些复杂，导致重复性差。
[0004]非酶传感器由于纳米金属材料的特性和不含生物活性材料，可以具备线性范围广、重复性好、制备简单、可批量生产等优点。专利文献1公开了一种用于检测葡萄糖的电化学传感器，它提供了一种新型绿色的葡萄糖电化学传感器的构建材料NiFe2O4‑
NiCo
‑
LDH@GO，该传感器灵敏度高且绿色环保，但是需要在玻碳电极上进行修饰，集成度不高，而且合成方法复杂，成本高，不利于大量生产。
[0005]近年来柔性电子器件的发展较为迅速，柔性和可穿戴式的传感器引起了人们较多的关注，可穿戴式的柔性非酶葡萄糖传感器成为人民迫切的需求。专利文献2公开一种基于柔性Ni
‑
P纸电极的无酶葡萄糖电化学传感器及其制备方法和应用，通过Ni
‑
P纸基电极的构建，增加检测电极的柔性及催化活性，从而提高检测灵敏度，但是该传感材料制备仍较为复杂且集成度不高。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献1：专利技术专利申请号201910162139.9
[0008]专利文献2：专利技术专利申请号201910989455.3

技术实现思路

[0009]本技术的目的是针对现有技术中的上述问题，提供一种基于激光直写的柔性电化学葡萄糖传感器，所得的葡萄糖传感器能够具有较宽的线性检测范围，加工制备简单，生产成本低，弯曲多次后稳定性好，重复性好，易于批量生产。
[0010]本技术包括以下的技术方案[1]～[10]。
[0011][1]柔性电化学葡萄糖传感器，具备由位于聚酰亚胺膜衬底的同一平面上的工作电极、参比电极和对电极构成的平面三电极，
[0012]上述工作电极由石墨烯层和其表面的至少一部分上涂覆的氧化铜层构成，
[0013]上述参比电极由石墨烯层和其表面的至少一部分上涂覆的Ag/AgCl导电层构成，
[0014]上述对电极由石墨烯层构成，
[0015]上述工作电极、上述参比电极和上述对电极以彼此相距规定间隔的方式配置，并且上述参比电极中的Ag/AgCl导电层与上述对电极相对地配置。
[0016][2]如[1]所述的柔性电化学葡萄糖传感器，其中，上述工作电极、上述参比电极和上述对电极中的各石墨烯层通过对上述聚酰亚胺膜衬底的表面进行激光烧蚀而形成。
[0017][3]如[2]所述的柔性电化学葡萄糖传感器，其中，使用激光雕刻机以功率3000～5000mW、扫描速度5000～6000mm/分钟进行激光烧蚀。
[0018][4]如[2]所述的柔性电化学葡萄糖传感器，其中，使用激光雕刻机以功率4000～5000mW、扫描速度6000mm/分钟进行激光烧蚀。
[0019][5]如[1]所述的柔性电化学葡萄糖传感器，其中，上述工作电极中的氧化铜层是由粒径为30～500nm的纳米氧化铜颗粒形成的层。
[0020][6]如[1]所述的柔性电化学葡萄糖传感器，其中，上述工作电极中的氧化铜层是由粒径为300～500nm的纳米氧化铜颗粒形成的层。
[0021][7]如[1]所述的柔性电化学葡萄糖传感器，其中，上述工作电极、上述参比电极和上述对电极以彼此相距0.1～10mm的方式配置。
[0022][8]如[1]所述的柔性电化学葡萄糖传感器，其中，上述柔性电化学葡萄糖传感器通过以下步骤制备：
[0023](1)准备平面状的聚酰亚胺膜，使用紫外臭氧清洗机照射上述聚酰亚胺膜的表面以改善表面亲水性；
[0024](2)将硝酸铜均匀分散在乙二醇中，进行水浴加热得到含有硝酸铜氢氧化物的溶液，将溶液冷却至室温，加入少量甲酸并超声震荡后，取微量的溶液涂布在上述聚酰亚胺膜上，使溶液形成均匀的薄膜状；
[0025](3)利用激光雕刻机对涂覆有上述溶液的区域进行扫描，将上述溶液中的硝酸铜氢氧化物还原成铜，形成含铜层；
[0026](4)接着，利用激光雕刻机对包括含铜层在内的彼此相距规定间隔的三个区域进行烧蚀，将该区域内的聚酰亚胺膜表面烧蚀形成石墨烯层，并将上述含铜层内的铜熔融形成纳米铜粒子，进一步将纳米铜粒子臭氧氧化以形成氧化铜层，由具有石墨烯层和氧化铜层的部分构成工作电极；
[0027](5)将上述工作电极以外的两石墨烯层中的一个作为参比电极，另一个作为对电极，在上述参比电极的与上述对电极相对的部分涂布Ag/AgCl导电层。
[0028][9]如[8]所述的柔性电化学葡萄糖传感器，其中，在步骤(2)中，将硝酸铜和乙二醇以1：1的质量比均匀混合，将混合液在80～100℃水浴中加热10～40分钟，得到含有硝酸铜氢氧化物的溶液，将溶液冷却至室温，加入少量甲酸并超声震荡后，得到用于涂布的溶液。
[0029][10]如[8]所述的柔性电化学葡萄糖传感器，其中，步骤(5)中，上述参比电极通过在石墨烯层上涂布导电银浆，并在导电银浆上滴加0.1～0.5M氯化铁溶液进行氯化，形成上述Ag/AgCl导电层。
[0030]技术的效果
[0031]根据本技术，能够提供具有较宽的线性检测范围，加工制备简单，生产成本低，重复性好，易于批量生产，弯曲多次后稳定性好的基于激光直写的柔性电化学葡萄糖传
感器。
附图说明
[0032]图1是本技术一实施方式的柔性电化学葡萄糖传感器的示意图。
[0033]图2是本技术实施例的柔性电化学葡萄糖传感器中工作电极的SEM照片。
[0034]图3是本技术实施例的柔性电化学葡萄糖传感器中工作电极的EDS照片，其中图3
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1显示高倍率下工作电极区域的照片，图3
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2显示高倍率下工作电极区域的Cu元素分布情况，图3
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3显示高倍率下工作电极区域的O元素分布情况。
[0035]图4是本技术实施例的柔性电化学葡萄糖传感器的工作电极中铜氧化前后Cu
2p
的X射线光电子能谱图(XPS)。
[0036]图5
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1是利用实施例的柔性电化学葡萄糖传感器进行葡萄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.柔性电化学葡萄糖传感器，具备由位于聚酰亚胺膜衬底的同一平面上的工作电极、参比电极和对电极构成的平面三电极，所述工作电极由石墨烯层和其表面的至少一部分上涂覆的氧化铜层构成，所述参比电极由石墨烯层和其表面的至少一部分上涂覆的Ag/AgCl导电层构成，所述对电极由石墨烯层构成，所述工作电极、所述参比电极和所述对电极以彼此相距规定间隔的方式配置，并且所述参比电极中的Ag/AgCl导电层与所述对电极相对地配置。2.如权利要求1所述的柔性电化学葡萄糖传感器，其特征在于，所述工作电极、所述参比电极和所述对电极中的各石墨烯层通过对所述聚酰亚胺膜衬底的表面进行激光烧蚀而形成。3.如权利要求2所述的柔性电化学葡萄糖传感器，其特征在于，使用激光雕刻机...

【专利技术属性】
技术研发人员：轩福贞，高阳，杨大圣，王紫阳，张颢出，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：新型
国别省市：