一种柔性传感器及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及传感器技术领域，尤其涉及一种柔性传感器及其制备方法与应用，所述制备方法包括步骤：提供表面修饰有石墨烯层的碳纳米管纤维；在石墨烯层的表面进行镀金修饰，再浸入核酸适配体溶液中进行孵育处理，得到纤维工作电极；将所述纤维工作电极与纤维参比电极和纤维对电极进行编织，得到柔性传感器；其中核酸适配体为一端修饰有巯基，另一端修饰有探针的寡核苷酸序列。本发明专利技术利用纤维型柔性传感器构建织物传感平台，利用织物特殊的多孔网络结构，相较平面型传感器具有良好的透气性和导湿性，适用于可穿戴的应用；即本发明专利技术利用所述柔性传感器制备用于外分泌液中生物标志物高灵敏度、高稳定的检测。高稳定的检测。高稳定的检测。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性传感器及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种柔性传感器及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]可穿戴传感器，指直接安装在人体表面或者整合到衣服或配件等中从而对人体的生理状态信息进行原位检测的一类传感器，在疾病的筛查、预警、诊断、预后以及健康状况的监控中发挥着重要的价值。
[0003]现有的生物标志物分析方法多依赖于高效液相色谱、酶联免疫分析等技术，但是这些技术往往需要复杂的预处理流程、专业的操作人员、大型的检测设备及冗长的检测时间，因此这些方法的发展仍停留在实验室阶段，难以普及到日常的生活中。
[0004]随着材料科学和集成电路技术的进步，一些利用可穿戴技术进行体液生物标志物无创检测的研究及产品被报导，如2014年谷歌公司推出了智能隐形眼镜，可通过嵌入在眼镜上的微型传感器检测泪液中的葡萄糖含量。2016年美国加州大学伯克利分校的Ali Javey等人利用光刻法在聚对苯甲二酸乙二酯基底上构建传感阵列，制备了可实现汗液中葡萄糖、乳酸、钠离子和钾离子多元检测的可穿戴传感贴片。尽管如此，现有的可穿戴产品用于体液生物标志物的无创实时检测仍在以下几个方面存在不足：
[0005]1)在材料基底方面，传感器中除了连接部分，传感器元件与供能元件部分仍为刚性材料，使得传感器与人体皮肤无法紧密结合，极大地降低了佩戴者的舒适程度且影响传感器的稳定工作；
[0006]2)在器件结构方面，一些研究利用柔性基底材料实现了柔性传感器件的构建，但这些传感器大多为平面结构，因此在透气性和导湿性方面性能较差，难以适用长期的可穿戴应用；
[0007]3)在传感方法方面，一些研究者利用离子选择膜的应用实现了体液中相关离子的选择性检测，但是这种方法仅限于某些特定的离子物质，难以普及到其他的目标检测物上；另外一些研究利用抗原抗体等来特异性地识别与结合目标物质进行实现精确的检测，然而抗原抗体等蛋白质一般稳定性差、结合位点密度低、价格昂贵且难以再生。
[0008]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0009]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种柔性传感器及其制备方法与应用，旨在解决现有可穿戴传感器在柔性、透气导湿性、传感性能等方面较差的问题。
[0010]本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种柔性传感器的制备方法，包括步骤：
[0012]提供表面修饰有石墨烯层的碳纳米管纤维；
[0013]在所述石墨烯层的表面进行镀金修饰，得到碳纳米管/石墨烯/金纤维；
[0014]将所述碳纳米管/石墨烯/金纤维浸入核酸适配体溶液中进行孵育处理，得到纤维
工作电极；核酸适配体为一端修饰有巯基，另一端修饰有探针分子的寡核苷酸序列；
[0015]将所述纤维工作电极与纤维参比电极和纤维对电极进行编织，得到柔性传感器。
[0016]所述的柔性传感器的制备方法，其中，所述表面修饰有石墨烯层的碳纳米管纤维通过以下方法制备得到：
[0017]通过电子束蒸发在硅片上依次制备缓冲层和催化剂层；
[0018]以乙烯为碳源气体，氢气为还原性气体，将制备有缓冲层和催化剂层的硅片在惰性气体氛围下进行催化煅烧处理，得到碳纳米管阵列；
[0019]通过干法纺丝的形式从所述碳纳米管阵列中拉取薄膜并螺旋加捻，制得碳纳米管纤维；
[0020]将所述碳纳米管纤维置于氧化石墨烯和高氯酸锂的混合溶液中，利用计时电流法在所述碳纳米管纤维表面修饰还原氧化石墨烯，得到表面修饰有石墨烯层的碳纳米管纤维。
[0021]所述的柔性传感器的制备方法，其中，所述在石墨烯层的表面进行镀金的步骤，包括：
[0022]将所述表面修饰有石墨烯层的碳纳米管纤维置于四氯金酸和氯化钾的混合溶液中，利用计时电流法在所述石墨烯层的表面进行镀金。
[0023]所述的柔性传感器的制备方法，其中，所述孵育处理为在常温下孵育12小时以上，通过Au
‑
S键的结合效应将核酸适配体修饰在碳纳米管/石墨烯/金纤维上。
[0024]所述的柔性传感器的制备方法，其中，所述孵育处理后，还包括步骤：
[0025]将孵育处理后的碳纳米管/石墨烯/金纤维置于巯基己醇中孵育2
‑
3小时。
[0026]所述的柔性传感器的制备方法，其中，所述纤维参比电极为碳纳米管/银/氯化银纤维参比电极，制备方法包括步骤：
[0027]以碳纳米管纤维为工作电极、银电极为参比电极和对电极，在硝酸银和硝酸钾的混合溶液中使用循环伏安法在碳纳米管纤维的表面进行电沉积银金属，得到碳纳米管/银纤维；
[0028]以所述碳纳米管/银纤维为工作电极，银
‑
氯化银电极为参比电极和对电极，在盐酸和氯化钾的混合溶液中使用循环伏安法将所述碳纳米管/银纤维表面的部分银进行氯化，得到碳纳米管/银/氯化银纤维；
[0029]将PVB、氯化钠、聚醚F127和碳纳米管粉末溶于甲醇中，得到PVB混合溶液；
[0030]将所述PVB混合溶液涂覆于所述碳纳米管/银/氯化银纤维上，制得所述纤维参比电极。
[0031]所述的柔性传感器的制备方法，其中，所述纤维对电极为碳纳米管/铂纤维对电极，制备方法包括步骤：
[0032]将碳纳米管纤维置于氯铂酸钾和氯化钾的混合溶液中，通过双电位阶跃法在所述碳纳米管纤维表面沉积铂金属，得到碳纳米管/铂纤维对电极。
[0033]一种柔性传感器，利用上述的柔性传感器的制备方法制得。
[0034]一种柔性传感器的应用，所述柔性传感器用于制作可穿戴织物传感器。
[0035]所述的柔性传感器的应用，其中，所述可穿戴织物传感器包括腕带、头带、T恤。
[0036]有益效果：本专利技术提供一种柔性传感器及其制备方法与应用，所述制备方法包括
步骤：提供表面修饰有石墨烯层的碳纳米管纤维；在所述石墨烯层的表面进行镀金修饰，得到碳纳米管/石墨烯/金纤维；将所述碳纳米管/石墨烯/金纤维浸入核酸适配体溶液中进行孵育处理，得到纤维工作电极；将所述纤维工作电极与纤维参比电极和纤维对电极进行编织，得到柔性传感器；其中核酸适配体为一端修饰有巯基，另一端修饰有探针的寡核苷酸序列。本专利技术利用石墨烯的导电性和亲水性提升了碳纳米管纤维的电荷储存能力和有效活性面积；利用核酸适配体作为传感元件来识别目标物质，其具有合成简单，价格低廉的优点，且相比抗原抗体等具有良好的稳定性；同时利用纤维型柔性传感器构建织物传感平台，利用织物特殊的多孔网结构，相较平面型传感器具有良好的透气性和导湿性，适用于可穿戴的应用；即本专利技术利用所述柔性传感器制备用于外分泌液中生物标志物高灵敏度、高稳定的实时原位检测。
附图说明
[0037]图1为碳纳米管/石墨烯纤维的制备过程示意图；
[0038]图2为i碳纳米管纤维与ii碳纳米管/石墨烯纤维的扫描电子显微镜图；
[0039]图3为a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性传感器的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供表面修饰有石墨烯层的碳纳米管纤维；在所述石墨烯层的表面进行镀金，得到碳纳米管/石墨烯/金纤维；将所述碳纳米管/石墨烯/金纤维浸入核酸适配体溶液中进行孵育处理，得到纤维工作电极；核酸适配体为一端修饰有巯基，另一端修饰有探针分子的寡核苷酸序列；将所述纤维工作电极与纤维参比电极和纤维对电极进行编织，得到柔性传感器。2.根据权利要求1所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述表面修饰有石墨烯层的碳纳米管纤维通过以下方法制备得到：通过电子束蒸发在硅片上依次制备缓冲层和催化剂层；以乙烯为碳源气体，氢气为还原性气体，将制备有缓冲层和催化剂层的硅片在惰性气体氛围下进行催化煅烧处理，得到碳纳米管阵列；通过干法纺丝的形式从所述碳纳米管阵列中拉取薄膜并螺旋加捻，制得碳纳米管纤维；将所述碳纳米管纤维置于氧化石墨烯和高氯酸锂的混合溶液中，利用计时电流法在所述碳纳米管纤维表面修饰还原氧化石墨烯，得到表面修饰有石墨烯层的碳纳米管纤维。3.根据权利要求1所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述在石墨烯层的表面进行镀金的步骤，包括：将所述表面修饰有石墨烯层的碳纳米管纤维置于四氯金酸和氯化钾的混合溶液中，利用计时电流法在所述石墨烯层的表面进行镀金。4.根据权利要求1所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述孵育处理为在常温下孵育12小时以上，通过Au
‑
S键的结合将核酸适配体修饰在碳纳米管/石墨烯/金纤维上。5.根据权利要求1所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述孵...

【专利技术属性】
技术研发人员：何思斯，储宏伟，胡晓康，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：