基于静电纺丝与丝网印刷的传感电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了基于静电纺丝与丝网印刷的传感电极及其制备方法和应用，其是由纳米纤维薄膜基底和印刷到基底上的碳修饰工作电极、碳对电极、银/氯化银参比电极、导线组成，所述纳米纤维薄膜基底是采用高压静电纺丝技术制备的厚度为0.1

【技术实现步骤摘要】
基于静电纺丝与丝网印刷的传感电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于柔性可穿戴电化学检测
，具体涉及基于静电纺丝与丝网印刷的传感电极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]当动植物受到病毒侵害时，宏观上表现出来的是系列疾病，微观上发生的变化是与生命活动相关的生物标记物的改变。所以，对生物标记物的变化进行实时检测可以提前对动植物的健康进行管理。电化学方法是实现生物标记物快速、灵敏检测的分析方法。国内外学者们针对不同的生命分子进行了电化学检测，其中一个研究热点是摆脱实验室传统三电极体系，将三电极体系集成到纸基的基底上进行原位检测。丝网印刷电极小巧、便捷、成本低，适合生物标记物的原位快速检测。
[0003]随着“柔性电子学”的兴起，国内外学者已经开发出了可穿戴柔性传感器用于检测生命活动中的物质。目前，可穿戴器件常用的柔性薄膜衬底透气性差，会干扰正常的生理活动。例如中国专利(公告号CN210665601U)公开的传感器中，其电极基底为PET薄膜构件，首先吸附纳米颗粒数量少，工作时电流峰值小，传感性能较差；其次表面为光滑面，印刷的电极及修饰材料容易脱落，也不能承受一定的弯曲强度，不能适用于可穿戴检测。
[0004]采用微/纳米纤维膜作为基底是增加传感器透气性的有效方法，PauloA.Raymundo
‑
Pereira的课题组首次将气纺聚乳酸微纳纤维薄膜作为丝网印刷的衬底用于农药的可穿戴检测。
[0005]但该团队使用的是未经修饰的丝网印刷传感器，印刷后的电极直接用来检测，受电极浆料本身导电性的影响，传感器的信号电流较低，进而导致测试结果准确性较低。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是克服丝网印刷电极现有的缺点，提供一种超薄、透气、可穿戴、测试结果准确性高的基于静电纺丝与丝网印刷的传感电极，利用纳米纤维膜的孔隙结构吸附更多纳米粒子，增加反应面积，提高传感性能，其超薄、柔性、自粘力强的特征还可用于可穿戴检测领域。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]包括纳米纤维薄膜基底(1)和印刷到纳米纤维薄膜基底(1)上的碳工作电极(10)、碳对电极(2)、银或氯化银参比电极(11)、第一导线(3)、第二导线(4)和第三导线(8)组成，所述纳米纤维薄膜基底(1)采用高压静电纺丝技术制备，且厚度为0.1
‑
0.3mm，所述碳工作电极(10)、碳对电极(2)、银或氯化银参比电极(11)、第一导线(3)、第二导线(4)和第三导线(8)采用丝网印刷方法在纳米纤维薄膜基底(1)上图形化；所述、第一导线(3)、第二导线(4)和第三导线(8)上方覆盖有绝缘膜(9)；所述碳工作电极(10)、碳对电极(2)、银或氯化银参比电极(11)、第一导线(3)、第二导线(4)和第三导线(8)采用丝网印刷方式依次印刷在纤维膜基底表面，每个电极连接一根导线，构成三电极体系；所述导线为锯齿形的，能承受更好
的弯曲应力；所述纳米纤维薄膜基底具有柔性、孔隙结构和大的比表面积。
[0009]优选的，所述纳米纤维薄膜基底(1)由聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯混合前驱液经高压静电纺丝制得，所述纳米纤维薄膜基底(1)为纤维二维网状结构，可吸附更多的纳米颗粒和分子物质，基底具有柔性，可承受一定的弯曲变形，能贴合于多种不规则表面。
[0010]优选的，上述聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯混合前驱液，溶剂为二甲基甲酰胺，溶质为聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯混合物，且聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯质量比为1：9，聚合物混合物的质量浓度为11％，该配比得到的薄膜基底可以实现浆料印刷的最佳效果，且得到的薄膜表面张力适合电极修饰液的溶剂为水时的滴涂。
[0011]进一步的，所述碳工作电极为在纳米纤维薄膜基底(1)上印刷的圆形浆料图案，所述浆料为导电碳浆；所述碳对电极为在纳米纤维薄膜基底上印刷的弧形浆料图案，所述浆料为导电碳浆；所述银/氯化银参比电极为在纳米纤维薄膜基底上印刷的弧形浆料图案，所述浆料为银和氯化银的混合物。
[0012]优选的，所述第一导线(3)、第二导线(4)和第三导线(8)采用前端直线形，中部Z字锯齿形，底部接线端子区采用矩形，所述导线为在纳米纤维薄膜基底上印刷的碳条。所述Z字锯齿形区别于常规直线型导线的设计结构，能更加适用传感器弯曲时所承受的弯曲强度。所述底部矩形接线端子是为了测试时与电化学工作站连接能有更大的接触区域，防止接触不良。
[0013]优选的，所述聚偏氟乙烯/聚乙烯吡咯烷酮混合薄膜基底的厚度可以根据纺丝的时间进行控制，纺丝5
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8小时可以得到0.1
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0.3mm厚度的薄膜。
[0014]进一步的，所述纳米纤维薄膜基底上的每个电极均通过导线连接至电极接线端子，且导线表面覆盖绝缘膜，其为柔性聚氯乙烯构件。
[0015]基于静电纺丝与丝网印刷的传感电极的制作方法，其包括以下步骤：
[0016]S1、选取二甲基甲酰胺为溶剂，配置质量浓度为11％的聚偏氟乙烯/聚乙烯吡咯烷酮混合纺丝液，采用电压+14kv、流量0.8mL/h、滚筒接受距离20cm、温度25℃的静电纺丝参数，连续纺丝8小时，得到纳米纤维薄膜基底；
[0017]S2、将S1制备的纳米纤维薄膜基底放至烘箱中，35℃下烘干2小时；
[0018]S3、在S2的基础上，印刷导电碳浆，网板目数为250目，膜厚为18μm，印刷后置于烘箱中60℃烘烤1小时，制得碳工作电极、碳对电极以及电极导线；
[0019]S4、在S3的基础上，印刷银/氯化银浆料，网板目数为150目，膜厚为12μm，印刷后置于烘箱中60℃烘烤30分钟，制得银/氯化银参比电极；
[0020]S5、裁剪合适尺寸的聚氯乙烯绝缘膜贴覆于导线上方；
[0021]S6、在S5的基础上，的基础上，配置PH＝7.0的PBS缓冲液，将得到的传感电极在PBS缓冲液中预处理4分钟，除去电极表面的杂质备用，预处理电压为
‑
0.6
‑
0.8V，扫速100mv/s。
[0022]优选的，基于静电纺丝与丝网印刷的传感电极在乙酰胆碱检测中的应用。
[0023]进一步的，基于静电纺丝与丝网印刷的传感电极的修饰过程为：
[0024](1)在碳工作电极滴加氧化石墨烯分散液，室温下晾干后在KCl溶液中采用循环伏安法还原，得到还原氧化石墨烯修饰的工作电极。
[0025](2)在(1)的基础上，在氯金酸溶液中，采用循环伏安法沉积金5分钟，置于室温下晾干后得到还原氧化石墨烯
‑
纳米金修饰的工作电极。
[0026]优选的，上述氧化石墨烯分散液的浓度为1mg/mL，滴涂量为5uL，还原电位为0
‑‑
1.8V。
[0027]优选的，上述氯金酸溶液的浓度为0.001mol/L，沉积电位为0.5
‑‑
1.1V，沉积时间为5分钟。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于静电纺丝与丝网印刷的传感电极，其特征在于，包括纳米纤维薄膜基底(1)和印刷到纳米纤维薄膜基底(1)上的碳工作电极(10)、碳对电极(2)、银或氯化银参比电极(11)、第一导线(3)、第二导线(4)和第三导线(8)组成，所述纳米纤维薄膜基底(1)采用高压静电纺丝技术制备，且厚度为0.1
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0.3mm，所述碳工作电极(10)、碳对电极(2)、银或氯化银参比电极(11)、第一导线(3)、第二导线(4)和第三导线(8)采用丝网印刷方法在纳米纤维薄膜基底(1)上图形化所述、第一导线(3)、第二导线(4)和第三导线(8)上方覆盖有绝缘膜(9)。2.根据权利要求1所述的基于静电纺丝与丝网印刷的传感电极，其特征在于：所述纳米纤维薄膜基底(1)为纤维二维网状结构，所述纳米纤维薄膜基底(1)具有柔性。3.根据权利要求1所述的基于静电纺丝与丝网印刷的传感电极，其特征在于：所述纳米纤维薄膜基底(1)由聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯一种或者两种混合前驱体溶液经高压静电纺丝制得。4.根据权利要求1所述的基于静电纺丝与丝网印刷的传感电极，其特征在于：所述聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯一种或者两种混合前驱体溶液，其溶剂为二甲基甲酰胺，溶质为聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯一种或者两种混合物，且聚乙烯吡咯烷酮和聚偏氟乙烯质量比为1：9，聚合物混合物的质量浓度为11％。5.根据权利要求1所述的基于静电纺丝与丝网印刷的传感电极，其特征在于：所述碳工作电极(10)为在纳米纤维薄膜基底(1)上的圆形浆料，其浆料为导电碳浆，所述碳对电极(2)为在纳米纤维薄膜基底(1)上的弧形浆料，其浆料为导电碳浆，所述银或氯化银参比电极(11)为在纳米纤维薄膜基底(1)上的弧形浆料，所述浆料为银和氯化银的混合物。6.根据权利要求1所述的基于静电纺丝与丝网印刷的传感电极，其特征在于：所述第一导线(3)、第二导线(4)和第三导线(8)皆前端呈直线形，中部呈“Z”字锯齿形，底部分别连接有第一接线端子(5)、第二接线端子(6)和第三接线端子(7)，且第一接线端子(5)、第二接线端子(6)和第三接线端子(7)呈矩形，所述第一导线(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志磊，周建平，许燕，陈昌华，尚育魁，彭炫，刘明东，王培香，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：