[發明專利]一種無膜全固態離子選擇性電極及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011077625.X
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112285183A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 牛利;甘世宇;呂妍;鐘麗杰
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: G01N27/333
• 分類號: G01N27/333
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發明公開一種無膜全固態離子選擇性電極及其制備方法和應用，所述無膜全固態離子選擇性電極由電極基底和負載在電極基底上的鋰離子正極材料組成。所述鋰離子正極材料選自磷酸鐵鋰、錳酸鋰中的至少一種。本發明的無膜全固態離子選擇性電極表現出了優異的鋰離子選擇性、電位長期穩定性和檢測限，在人工血漿檢測中也表現出了優異的穩定性和能斯特響應。由于不含有離子選擇性膜，增加了電極的機械性能，適用于制備微型化電極，可行性強；且原材料易制備可量產，非常適用于產業化應用于臨床診斷。

技術領域

本發明涉及電化學領域，尤其涉及一種無膜全固態離子選擇性電極及其制備方法和應用。

背景技術

隨著科技的進步與經濟的迅速發展，人們對于個人健康與保健監測系統的需求日益增加，使得科研工作者對新型傳感器件的設計與開發產生了廣泛的關注。電化學傳感器因其便攜性、高靈敏性、低能耗和監測效率高的特點，具有廣闊的應用前景。其中電位型傳感器，尤其是離子選擇性電極(ISEs)，是最具有吸引力的電化學傳感器之一。

近年來，全固態離子選擇性電極(SC-ISEs)在臨床分析領域引起了廣泛的關注，其具有易小型化，便攜性，可量產等優勢，使人們的生活更加便捷。此種裝置要求具有傳感器的3S原則-高選擇性，高敏感性，高穩定性。除此之外，良好的可重現性和快速的響應時間對于構建具有優異性能的傳感器也是至關重要的。一個典型的SC-ISEs裝置包括離子選擇性膜(ISM)和全固態轉接層材料，前者用來特異性識別離子并構建出穩定的膜電勢，后者用于穩定SC-ISEs的電勢。最早的固態轉接層材料是導電聚合物及其衍生物，它們具有較大的氧化還原電容；此外具有高電容和良好疏水性的碳材料也是另一類固態轉接層，如碳納米管，富勒烯，石墨烯等及其衍生物等。

躁郁癥，又稱為雙相情感障礙，是一種精神錯亂型疾病，患有該病的患者通常在情緒，精力和活動水平上出現非正常的轉變。如今，含有鋰鹽的藥物已廣泛用于治療躁郁癥和其他情感障礙疾病，其在人體血液內的生效濃度范圍為0.5-1.5mM，低于這個范圍藥物會不起作用，高于這個濃度可能會對腎臟造成損傷。因此對于人體血液里Li⁺濃度含量的檢測是非常急切且必要的。傳統的檢測手段需要復雜的預處理工序，而且存在高污染高能耗的問題，而SC-ISEs因其便攜性，易操作，低成本，快速出結果等特點在Li⁺濃度檢測領域引起了關注。然而目前主流的SC-ISEs具有一系列弊端：(1)ISM的機械強度差，在長期使用過程中，ISM可能會脫落或者破壞；(2)ISM的成分有泄露至分析液中的風險；(3)ISM生物兼容性較差，應用于柔性可穿戴分析傳感器時(如人體汗液離子在線分析)，材料會直接接觸皮膚，導致毒性風險；(4)在ISM和固態轉接層之間容易出現水層，降低電位的穩定性；(5)ISM成分里含有非常昂貴的離子載體，使得成本居高不下。因此構建穩定且具有可重復性的新一代全固態離子選擇性電極目前面臨巨大的挑戰。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的第一個目的是提供一種無膜全固態離子選擇性電極，不含離子選擇性膜(ISM)，可避免ISM引起的破損、漏液等問題。

具體地，本發明的無膜全固態離子選擇性電極由電極基底和負載在電極基底上的負載鋰離子正極材料組成。

所述鋰離子正極材料選自磷酸鐵鋰LiFePO₄(LFP)、錳酸鋰LiMn₂O₄(LMO)中的至少一種。

所述鋰離子正極材料的負載量為0.2～0.4mg·cm^-2。

所述電極基底選自玻碳電極(GCE)。

本發明的第二個目的是提供一種無膜全固態離子選擇性電極的制備方法，包括如下步驟：將鋰離子正極材料涂覆在電極基底上，得到無膜全固態離子選擇性電極。