[發(fā)明專利]電化學(xué)傳感器及其制備方法、離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010632235.8
• 申請(qǐng)日: 2020-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN111781266A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁欣欣;劉文文;節(jié)俊堯;黃義征;魏清泉;俞育德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): G01N27/414
• 分類號(hào): G01N27/414
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

一種電化學(xué)傳感器及其制備方法、離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)。電化學(xué)傳感器包括：傳感芯片，傳感芯片包括信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，以及與信號(hào)轉(zhuǎn)換電路相連的離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管與信號(hào)輸出電路，其中，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路用于將待測(cè)溶液中的目標(biāo)離子的濃度變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，信號(hào)輸出電路用于將電信號(hào)輸出；形成于離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的敏感層上的離子敏感膜，離子敏感膜含有目標(biāo)離子的載體；形成于離子敏感膜上的微反應(yīng)池或微反應(yīng)通道，微反應(yīng)池或微反應(yīng)通道用于注入待測(cè)溶液；位于微反應(yīng)池或微反應(yīng)通道內(nèi)的參比電極。本公開提供的電化學(xué)傳感器可以提高檢測(cè)速度、靈敏度、降低成本并使得操作簡(jiǎn)便。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及電化學(xué)傳感器及其制備方法、離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在醫(yī)學(xué)、化工、制藥、環(huán)保與食品等領(lǐng)域，常常需要對(duì)離子的濃度進(jìn)行檢測(cè)。例如，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，氯離子的濃度影響到金屬管道的腐蝕、結(jié)垢以及植物的生長(zhǎng)；在醫(yī)療方面，人的血液、尿液以及汗液中氯離子的濃度是診斷囊性纖維化、低氯性代謝性堿中毒等疾病的重要指標(biāo)；在食品工業(yè)中，測(cè)定氯離子的濃度對(duì)食品的加工生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量控制有指導(dǎo)作用。

傳統(tǒng)的離子濃度的檢測(cè)方法包括滴定法、比色法、離子色譜等，但上述方法存在檢測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)、過程繁瑣、維護(hù)復(fù)雜、儀器昂貴、不易攜帶等缺點(diǎn)。電化學(xué)檢測(cè)方法以其簡(jiǎn)單、快捷的特點(diǎn)成為目前最具潛力的快速檢測(cè)方法之一。然而，目前已有的電化學(xué)傳感器的檢測(cè)電極依賴貴重金屬，無論是離子選擇電極還是絲網(wǎng)印刷電極都需要修飾金、銀等貴重金屬，其昂貴的成本使其難以大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。因此，如何提供一種檢測(cè)速度快、靈敏度高、操作簡(jiǎn)單、成本低廉的電化學(xué)傳感器成為一項(xiàng)亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種電化學(xué)傳感器及其制備方法、離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)，以提高檢測(cè)速度、靈敏度、降低成本并使得操作簡(jiǎn)便。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種電化學(xué)傳感器，包括：

傳感芯片，所述傳感芯片包括信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，以及與所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路相連的離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管與信號(hào)輸出電路，其中，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路用于將待測(cè)溶液中的目標(biāo)離子的濃度變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，所述信號(hào)輸出電路用于將所述電信號(hào)輸出；

形成于所述離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的敏感層上的離子敏感膜，所述離子敏感膜含有所述目標(biāo)離子的載體；

形成于所述離子敏感膜上的微反應(yīng)池或微反應(yīng)通道，所述微反應(yīng)池或微反應(yīng)通道用于注入所述待測(cè)溶液；

位于所述微反應(yīng)池或微反應(yīng)通道內(nèi)的參比電極。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述傳感芯片還包括與所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路相連的偏置校準(zhǔn)電路，所述偏置校準(zhǔn)電路用于提供偏置電壓，以保證所述傳感芯片中各個(gè)晶體管處于正常工作狀態(tài)。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述離子敏感膜通過有機(jī)溶劑和溶質(zhì)混合，并將有機(jī)溶劑揮發(fā)后形成，所述有機(jī)溶劑為四氫呋喃、三甲基氯化銨中的一種或多種的組合，所述溶質(zhì)包括所述目標(biāo)離子的載體、固化劑、增塑劑。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述參比電極為雙鹽橋Ag/AgCl電極，或Ag/AgCl固態(tài)電極。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中包括恒流源、電阻，所述恒流源的電流流過所述電阻，所述離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極和漏極的電壓分別與所述電阻兩端的端電壓相等，以使所述源極和漏極之間的電壓保持不變。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述目標(biāo)離子為氯離子。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種電化學(xué)傳感器的制備方法，包括：

在傳感芯片中的離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的敏感層上涂布有機(jī)溶劑和溶質(zhì)的混合溶液，所述溶質(zhì)中含有目標(biāo)離子的載體；

在所述混合溶液揮發(fā)形成離子敏感膜后，在所述離子敏感膜上固定管殼，以形成微反應(yīng)池或微反應(yīng)通道；