[發明專利]一種膠帶基電化學汗液傳感器

有效

• 申請號: 201911036907.2
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110672687B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 許太林;何學成;張學記
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/327;A61B10/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種膠帶基電化學汗液傳感器，屬于化學檢測傳感器技術領域。該傳感器以市售的膠帶為基底，自下而上組成分別為吸汗層和電化學檢測層。吸汗層由帶有微孔的PET薄膜組成，微孔內填充有Janus浸潤性膜；電化學檢測層組成為印刷在膠帶上的電極；微孔區內的Janus浸潤性膜直接與電極表面接觸，能快速將汗液從皮膚側轉移至電極側。納米枝狀金和Ag/AgCl組成的雙電極電化學傳感體系能同時地、靈敏地、實時地檢測汗液的多種組分，包括但不限于葡萄糖、乳酸、鈉離子和鉀離子。這種可穿戴式的膠帶基電化學汗液傳感器成本低廉，使用方便，特別適用于汗液的即時檢測。

技術領域

本發明涉及化學檢測傳感器技術領域，特別是指一種膠帶基電化學汗液傳感器。

背景技術

抽血化驗一直是當前醫療診斷和分析的首選標準，血液分析對人體會有創傷性，需要在標準化的實驗室進行，并且無法實現連續性監測。汗液是一種由汗腺分泌的液體，主要成分是水，并包含各種電解質離子(鈉、鉀、鈣和氯化物)和人體代謝產物(葡萄糖、乳酸、尿酸、尿素等)。因此，汗液是一種重要的無創檢測對象，可用來實時監測電解質失衡程度、代謝和脫水狀況等。汗液葡萄糖水平與血液中的葡萄糖水平有一定相關性，汗液中的鹽濃度可能會與囊包性纖維癥有關；汗液中的pH值可能會與皮膚病或糖尿病有關。但是，汗液檢測也面臨著一系列難題。例如，汗液量小且分散，易揮發，易受皮膚雜質污染，不易收集；汗液中的各類物質含量很低(mM或μM級或更低)，對傳感器的靈敏性提出了很高的要求。因此有必要設計一種能有效收集并靈敏檢測汗液的傳感器。

近年來，仿生的浸潤性材料成為研究熱點。Janus浸潤性材料，通過在同一材料的兩面構建親水疏水兩種不同的浸潤性界面，能實現獨特的液體控制。例如，由于表面能，附加壓力等因素，液滴能自發地從Janus浸潤性膜的疏水側轉移至親水側，反之則不能。相對于普通的親水性材料，Janus浸潤性膜能更充分地轉移，運輸，收集目標液。作為最常用的檢測技術之一，電化學檢測在生物傳感領域發揮著越來越重要的作用。因其極高的靈敏度，電化學生物傳感器被廣泛地用來檢測葡萄糖，核酸，蛋白質，膽固醇，CO₂等物質。

發明內容

本發明為克服現有技術現有的汗液傳感器不易實現汗液的收集和檢測不夠靈敏的不足，提供一種膠帶基電化學汗液傳感器。

該傳感器自下而上分別為吸汗層和電化學檢測層，吸汗層為帶有微孔的聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET)，電化學檢測層為圖案化的電極陣列。

其中，聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜的微孔內填充Janus浸潤性膜，Janus浸潤性膜通過在醫用紗布一面靜電紡絲一層聚氨酯薄膜(PU)得到，其中，經過靜電紡絲的一面疏水，未經靜電紡絲一面親水。

電極陣列沉積在膠帶上，PET薄膜作為絕緣層，用于保護各電極上外連的傳輸電路。

Janus浸潤性膜的疏水面直接和皮膚接觸，親水面直接和電極表面接觸，Janus浸潤性膜能夠單向收集水分，將汗液由疏水面吸取至親水面。

電化學檢測層由雙電極工作系統組成，包括沉積有納米枝狀金的工作電極、銀/氯化銀參比電極和外部傳輸電路，其中，工作電極上修飾有檢測試劑，即工作電極在檢測之前，電極表面需要預先修飾有特定的活性物質。

工作電極的制備過程如下：先通過模板法磁控濺射一層平面金后，再通過在氯金酸溶液中電化學沉積得到；所述參比電極制備過程如下：先以平面金為基底磁控濺射一層平面銀，再滴加三氯化鐵溶液得到。

該傳感器能夠檢測汗液中鈉離子、鉀離子、葡萄糖和乳酸的一種或多種。

本發明的上述技術方案的有益效果如下：

上述方案中，納米枝狀金和Ag/AgCl組成的雙電極電化學傳感體系能同時地、靈敏地、實時地檢測汗液的多種組分，包括但不限于葡萄糖、乳酸、鈉離子和鉀離子。這種可穿戴式的膠帶基電化學汗液傳感器成本低廉，使用方便，特別適用于汗液的即時檢測。