本發(fā)明涉及一種生物傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種柔性生物電極。

背景技術(shù)：

生物傳感器用于生物體內(nèi)組分測(cè)定，越來(lái)越廣泛，比如組織液葡萄糖的濃度分析。通過(guò)使用生物酶電極、化學(xué)電極、物理電極、生物電極、分光光度計(jì)電極、測(cè)定偏振的電極、測(cè)定熱的電極、測(cè)定輻射的電極、免疫化學(xué)的電極等類(lèi)似電極將生物體內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成可探測(cè)的信號(hào)，如電流信號(hào)、光信號(hào)、熱信號(hào)等等。本發(fā)明主要涉及到電流型生物傳感器。例如國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT/US2005/032102，國(guó)際公布號(hào)WO/2006/029293，公開(kāi)了一種血液接觸傳感器，其包括一個(gè)傳感器可以監(jiān)測(cè)到樣品的存在及其的裝配工具，裝配工具有一個(gè)傳感器終端，固定在傳感器上，以及裝配工具時(shí)適合于靜脈流裝置聯(lián)合使用。

為了更進(jìn)一步改善以上述“血液接觸傳感器”為例的連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，葡萄糖傳感器兼容性、穩(wěn)定性等特性，美國(guó)申請(qǐng)?zhí)朥S20130126349公開(kāi)了一種持續(xù)性生物傳感器的制備方法。授權(quán)公告號(hào)CN102469966B中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種持續(xù)分析物測(cè)量系統(tǒng)和用于植入它們的系統(tǒng)和方法，其中系統(tǒng)由基座、傳感器、電子元件、處理單元構(gòu)成。授權(quán)公告號(hào)CN201492421U的中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利公開(kāi)了一種可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)血糖檢測(cè)的動(dòng)態(tài)血糖儀，由傳感器、發(fā)射器、接收處理器組成。CN101530327A，公開(kāi)了一種皮下組織實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用針狀電流測(cè)定式葡萄糖傳感器及其制作方法，其包括一個(gè)針狀式參考電極和至少一個(gè)針狀式工作電極，工作電極由里至外依次為導(dǎo)電層、高分子材料內(nèi)膜層、酶膜層、高分子材料控制擴(kuò)散層；該傳感器雖然通過(guò)針狀式電極能夠直接植入皮下組織，但是由于該裝置包括一個(gè)針狀式參考電極和至少一個(gè)針狀式工作電極，植入皮下組織時(shí)創(chuàng)傷大。此外，該裝置的導(dǎo)電層由金屬基體、金屬過(guò)渡層和貴金屬層由內(nèi)而外組成，由于金屬過(guò)渡層、貴金屬層均需要附著到金屬基體表面，制作成本高、加工工藝繁雜。

現(xiàn)有技術(shù)中，該類(lèi)傳感器也有以柔性聚合物薄膜為基底，在其上印刷碳電極或沉積金屬電極，通過(guò)電極的層層組裝或平面錯(cuò)位排布形成電化學(xué)三電極檢測(cè)系統(tǒng)；或者直接利用極細(xì)的金屬線(xiàn)實(shí)現(xiàn)。但這些方法大都工藝復(fù)雜，規(guī)?；潭鹊?，使得這類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)成本高，價(jià)格昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種柔性生物電極，該電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制備，且檢測(cè)準(zhǔn)確率高，方便病人監(jiān)測(cè)病情。

為解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種柔性生物電極，包括電極載體和包裹電極載體的聚合物水凝膠層，所述電極載體與聚合物水凝膠層之間設(shè)有第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層，所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層分別位于電極載體的兩面，所述第一導(dǎo)電層上設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立且不相導(dǎo)通的感測(cè)區(qū)域和空白區(qū)域，所述感測(cè)區(qū)域上設(shè)有酶生化感測(cè)層。

作為改進(jìn)的是，所述電極載體為與生物相容性好的聚合物薄膜，厚度為20-200μm。

進(jìn)一步改進(jìn)的是，所述聚合物薄膜為聚酰亞胺樹(shù)脂或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。

作為改進(jìn)的是，所述第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層的導(dǎo)電材料為金、銀或碳，厚度為2-20μm。

作為改進(jìn)的是，所述感測(cè)區(qū)域與空白區(qū)域的材料為鉑或鈀，大小形狀相同，厚度為2-10μm。

作為改進(jìn)的是，所述酶生化感測(cè)層厚度為0.1-0.3mm，長(zhǎng)度為0.1-5mm。

作為改進(jìn)的是，所述第二導(dǎo)電層上沉積參比-對(duì)電極層，厚度為5-20μm，所述參比-對(duì)電極層的材料為銀或氯化銀。

進(jìn)一步改進(jìn)的是，所述沉積方式為氣象沉積、浸涂、電鍍、化學(xué)鍍或印刷中任一種，所述銀與氯化銀的質(zhì)量比為50:50-80:20。

作為改進(jìn)的是，所述聚合物水凝膠層的厚度為20-40μm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，一種柔性生物電極通過(guò)在同一載體上增加空白電極對(duì)照，組成四電極系統(tǒng)，可以提高傳感器電極的準(zhǔn)確度及抗干擾能力。將工作電極和參比-對(duì)電極以及感測(cè)區(qū)域和參比區(qū)域設(shè)計(jì)在同一電極載體上，規(guī)避了傳感器層層組裝工藝所帶來(lái)的加工困難及不良品率高的缺點(diǎn)，利用應(yīng)用該方法能夠有效簡(jiǎn)化加工工藝、易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)、降低生產(chǎn)成本，同時(shí)具有寬線(xiàn)性范圍、低檢測(cè)限、強(qiáng)抗干擾性、高響應(yīng)靈敏度、以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性等特性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明柔性生物電極的截面結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為電極載體，2為第一導(dǎo)電層，3為第二導(dǎo)電層，4為感測(cè)區(qū)域， 7為聚合物水凝膠層。

圖2是本發(fā)明柔性生物電極的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，其中，5為空白區(qū)域，6為酶生化感測(cè)層；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的生物電極在不同葡萄糖濃度下的電流相應(yīng)測(cè)試曲線(xiàn)圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的生物電極在葡萄糖濃度瞬間改變之后（0mmol/l變化到3mmol/l）平衡穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果。

圖5本發(fā)明實(shí)施例2和實(shí)施例3的生物電極用于測(cè)試含有抗壞血酸、尿酸和醋氨酚等干擾物的葡萄糖溶液時(shí)的曲線(xiàn)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案。

一種柔性生物電極，包括電極載體1和包裹電極載體1的聚合物水凝膠層7，所述電極載體1與聚合物水凝膠層7之間設(shè)有第一導(dǎo)電層2和第二導(dǎo)電層3，所述第一導(dǎo)電層2和第二導(dǎo)電層3分別位于電極載體1的兩面，所述第一導(dǎo)電層2上設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立且不相導(dǎo)通的感測(cè)區(qū)域4和空白區(qū)域5，所述感測(cè)區(qū)域4上設(shè)有酶生化感測(cè)層6。

作為改進(jìn)的是，所述電極載體1為與生物相容性好的聚合物薄膜，厚度為20-200μm。聚合物薄膜太厚，會(huì)導(dǎo)致柔性生物電極的直徑過(guò)大，在植入人體的過(guò)程中易造成較大的創(chuàng)傷口。在沉積第一導(dǎo)電層2和第二導(dǎo)電層3之前，必須對(duì)聚合物薄膜進(jìn)行清洗去除雜質(zhì)，其中，清洗聚合物薄膜的清洗劑先為非極性溶劑再為極性溶劑。

進(jìn)一步改進(jìn)的是，所述聚合物薄膜為PI或PET。

作為改進(jìn)的是，所述第一導(dǎo)電層2和第二導(dǎo)電層3的導(dǎo)電材料為金、銀或碳，厚度為2-20μm。

作為改進(jìn)的是，所述感測(cè)區(qū)域4與空白區(qū)域5的材料為鉑或鈀，大小形狀相同，厚度為2-10μm。以保證空白區(qū)域能的背景信號(hào)能完全復(fù)制感測(cè)區(qū)域的背景信號(hào)。

作為改進(jìn)的是，所述酶生化感測(cè)層6厚度為0.1-0.3mm，長(zhǎng)度為0.1-5mm。

作為改進(jìn)的是，所述第二導(dǎo)電層3上沉積參比-對(duì)電極層7，厚度為5-20μm，所述參比-對(duì)電極層7的材料為銀/氯化銀。

進(jìn)一步改進(jìn)的是，所述沉積方式為氣象沉積、浸涂、電鍍、化學(xué)鍍或印刷中任一種，所述銀與氯化銀的質(zhì)量比為50:50-80:20。

作為改進(jìn)的是，所述聚合物水凝膠層6的厚度為20-40μm。聚合物水凝膠層用的材料是由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的聚四氟乙烯、聚烯烴、聚酰胺、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚碳酸酯、聚脲纖維素乙酸酯、Nafion、聚酯磺酸等等材料通過(guò)溶液揮發(fā)技術(shù)制備的親水性膜。親水性膜的制備技術(shù)是由本技術(shù)領(lǐng)域人員熟知多種傳感器內(nèi)膜外膜制備技術(shù)，可通過(guò)溶液的技術(shù)比如噴霧、浸漬、澆鑄、旋涂、涂覆等類(lèi)似技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)成膜。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)易揮發(fā)的液體，比如水和有機(jī)溶劑，在傳感器電極形成一層聚合物溶液后，蒸發(fā)留下的聚合物膜。蒸發(fā)方式可以是熱、高能輻射、紫外光或者是負(fù)壓。當(dāng)傳感器植入生物體組織后，在組織液的浸潤(rùn)下，親水性膜逐漸膨脹，形成聚合物水凝膠層。

實(shí)施例2

除酶生化感測(cè)層6為葡萄糖氧化酶層，其他同實(shí)施例1。

上述柔性生物電極的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，電極載體預(yù)處理

選取PI為電極載體，將厚度至少為20μm的高分子薄膜材料切成；

步驟2，預(yù)處理

清洗 將步驟1的片材分別置于丙酮、乙醇、去離子水中超聲5min 后烘干，去除表面的油污，備用將清潔后的片材浸入多巴胺鹽酸鹽溶（pH8.5，2mg/ml）中，并在室溫下置于脫色搖床上，在空氣中氧化24h后，在片材表面形成一層聚多巴胺，然后放入去離子水中浸泡清洗8h后，置于80℃烘箱中干燥；

沉積活化層 將干燥后的片材浸入 0.1wt%的十八烷基三甲基氯化銨（STAC）溶液中靜置5s后取出晾干，然后置于鉑納米溶膠中30min，在片材表面吸附納米鉑顆粒層，取出后用去離子水沖洗表面，去除未固定化的鉑納米顆粒后晾干；

步驟3，制備第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層 將步驟2的片材置于鍍金液（含10mM氯金酸與20mM過(guò)氧化氫）中15min 后取出，并迅速置于120℃烘箱中退火50min后關(guān)閉烘箱，待烘箱內(nèi)溫度降到室溫后取出片材，此時(shí)，片材表面沉積有一層光亮、致密牢固的金層，即第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層；

步驟4，電沉積鉑黑層，蝕刻空白區(qū)域和感測(cè)區(qū)域

將局部保護(hù)好的電極（只露出工作電極和空白電極層的有效工作區(qū)）置于鍍鉑液（3wt%氯鉑酸，0.25wt%醋酸鉛）中，以鉑絲為對(duì)電極，采用恒電壓法，設(shè)定工作電位為-2.5V，沉積時(shí)間120s，在電極兩面同時(shí)電沉積一層致密的鉑黑層；然后采用激光切割方式，蝕刻出條形狀的兩個(gè)大小一樣的獨(dú)立隔開(kāi)鉑層區(qū)域，且蝕刻出一條與鉑層區(qū)域相連的鉑細(xì)線(xiàn)作為導(dǎo)電線(xiàn)與外部的電子元件接觸。其他區(qū)域暴露出聚合物層，兩個(gè)區(qū)域的寬度0.16mm，長(zhǎng)度為1.5mm。鉑細(xì)線(xiàn)的寬度為0.02mm；

步驟5，沉積參比-對(duì)電極層

在第二導(dǎo)電層上印刷一層銀/氯化銀層，作為為參比-對(duì)電極層；

步驟6，切割電極

用紫外激光切割機(jī)將片材切割成細(xì)絲狀、單層雙面的電極；

步驟7，制備酶生化感測(cè)層

在感測(cè)區(qū)域印刷一層葡萄糖氧化酶層；

步驟8，酶層化學(xué)鍵合固化

將電極置于戊二醛的氛圍容器中，在30～ 40℃烘箱中反應(yīng)60min后置于4℃冰箱中保存2h；

步驟9，形成聚合物水凝膠層

將4wt%的聚氨酯溶于98v%四氫呋喃和2v%二甲基甲酰胺的混合溶液，形成聚氨酯溶液，將采用浸涂的方式在整個(gè)電極表面形成一聚氨酯水凝膠層，干燥，保存。

上述步驟制備的用于測(cè)定葡萄糖的柔性生物電極至于一系列濃度下的葡萄糖溶液測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。線(xiàn)性范圍達(dá)到33mMol/L。在葡萄糖濃度瞬間變化的情況下，本發(fā)明實(shí)例生物電極能快速達(dá)到穩(wěn)定，圖4結(jié)果顯示從0mMol/L升高到3mMol/L葡萄糖溶液，該生物電極在20秒內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

實(shí)施例3

按實(shí)施例2制備本發(fā)明另一個(gè)測(cè)定葡萄糖的生物電極。

除步驟4中無(wú)空白區(qū)域外，其它同實(shí)施例2。

用實(shí)施例2和實(shí)施例3制備的生物電極測(cè)定多個(gè)濃度下葡萄糖溶液，所測(cè)試的葡萄糖溶液中還含有抗壞血酸、尿酸和醋氨酚等干擾物。兩個(gè)測(cè)試結(jié)果如圖5所示，本發(fā)明技術(shù)下增加空白電極的葡萄糖傳感器對(duì)葡萄糖反應(yīng)的線(xiàn)性達(dá)到0.9998。而沒(méi)有增加空白電極的同樣工藝下的葡萄糖傳感器線(xiàn)性只有0.9877.說(shuō)明，本發(fā)明生物電極增加空白電極之后，抗干擾性更強(qiáng)。