[發(fā)明專利]鉀離子敏微結(jié)構(gòu)器件及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211524557.6
• 申請(qǐng)日: 2022-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115856057A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛茜男;段學(xué)欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)溫州安全（應(yīng)急）研究院;天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/416
• 分類號(hào): G01N27/416;B81B1/00;B81C1/00;G01N27/30
• 代理公司: 北京華夏正合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11017
• 代理人: 韓登營(yíng)

本發(fā)明涉及電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種鉀離子敏微結(jié)構(gòu)器件及其制備方法和應(yīng)用。該鉀離子敏傳感器包括(a)微反應(yīng)池和(b)鉀離子敏感膜，模仿細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)鉀離子的原理，利用含有纈氨霉素的兩親性化合物形成的雙分子層液膜對(duì)鉀離子進(jìn)行捕獲和運(yùn)輸，微反應(yīng)池底部的圖形化電極監(jiān)測(cè)鉀離子敏感膜的電信號(hào)并引出，從而對(duì)鉀離子進(jìn)行定量或定性檢測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種鉀離子敏微結(jié)構(gòu)器件及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鉀離子廣泛存在于人體、動(dòng)物、植物和很多食品、飲品、藥品中，并在其中發(fā)揮著重要的作用。例如，鉀離子是人體內(nèi)最重要的元素之一，對(duì)身體功能(如維持細(xì)胞外滲透壓、酶的活化、膠原蛋白或彈性蛋白的形成、血壓調(diào)節(jié)和pH平衡)至關(guān)重要；鉀離子在中藥注射液中廣泛存在，《中藥注射劑研制指導(dǎo)原則及有關(guān)規(guī)定匯編》對(duì)中藥注射劑中鉀離子進(jìn)行了限量控制，規(guī)定鉀離子應(yīng)在1.0mg/mL以下，鉀離子濃度過(guò)高時(shí)，中藥注射劑的有效性及安全性會(huì)受到影響；鉀離子是蔬菜作物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的三大營(yíng)養(yǎng)元素，研究鉀離子的合理施肥技術(shù)，有利于提高肥料利用率，降低生產(chǎn)成本，減少生態(tài)環(huán)境污染。可見(jiàn)，在許多領(lǐng)域存在測(cè)定鉀離子的需求，因此，快速的、可靠的、定量的測(cè)定鉀離子的含量是重要的。

離子敏傳感器是一種利用離子選擇電極，將感受的離子量轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的電化學(xué)傳感器。傳統(tǒng)鉀離子敏傳感器是基于鉀離子敏電極，在電極之上制備一種固態(tài)的離子敏感膜，該類敏感膜多基于PVC聚合物以及對(duì)鉀離子有特異性結(jié)合能力的分子，如冠醚。然而，固態(tài)離子敏感膜的方法，在制成微傳感器時(shí)，因?yàn)槊舾忻娣e減小，響應(yīng)信號(hào)和靈敏度也隨之下降。這是由于PVC聚合物是以包埋的形式與冠醚類分子結(jié)合的，其敏感位點(diǎn)被隱藏，并不能高效率地對(duì)鉀離子進(jìn)行選擇性透過(guò)，因而阻礙了離子信號(hào)的傳遞。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的在于提供一種鉀離子敏傳感器。

本發(fā)明的第二目的在于提供上述鉀離子敏傳感器的制備方法。

本發(fā)明的第三目的在于提供上述鉀離子敏傳感器的應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方案：

一種鉀離子敏傳感器，所述鉀離子敏傳感器包括：

(a)微反應(yīng)池，所述微反應(yīng)池的底部具有凹形溝道陣列，所述凹形溝道陣列表面鋪設(shè)有圖形化電極和電極引線；以及

(b)鉀離子敏感膜，所述鉀離子敏感膜鋪設(shè)于(a)微反應(yīng)池底部，與凹形溝道形成微反應(yīng)腔，所述微反應(yīng)腔內(nèi)填充有緩沖液；

所述鉀離子敏感膜為含有纈氨霉素的液膜，所述液膜由至少一種兩親性化合物形成，所述兩親性化合物形成其中摻入有纈氨霉素的雙分子層。

進(jìn)一步地，凹形溝道陣列中溝道的寬最大值不大于10μm，寬的范圍為1-10μm，溝道的間距范圍為1μm-5mm。

進(jìn)一步地，所述兩親性化合物為脂質(zhì)及其混合物，優(yōu)選為磷脂和/或膽固醇。

進(jìn)一步地，所述圖形化電極的形狀可以為方形、圓形、圓環(huán)、三角形、菱形、多邊形及其組合；

優(yōu)選地，所述圖形化電極和所述電極引線的厚度均獨(dú)立地為1-1000nm。

進(jìn)一步地，所述微反應(yīng)池由PDMS、PET、PMMA、玻璃、石英或硅片制作；

優(yōu)選地，所述微反應(yīng)池的高度為1-10mm。

上述鉀離子敏傳感器的制備方法，在微反應(yīng)池底部鋪設(shè)鉀離子敏感膜，得到所述鉀離子敏傳感器。

進(jìn)一步地，微反應(yīng)池底部的圖形化電極和電極引線的鋪設(shè)工藝為依次光刻、圖形化掩膜蒸鍍/濺射金屬；或者