[发明专利]一种基于纳米线织构柔性生物pH传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米线织构柔性生物pH传感器及其制备方法，包括柔性基底，微沟道电极结构，电极引线，纳米线织构敏感层，离子选择透过膜；柔性衬底上通过模板法制备两个相对的电极组成沟道结构，电极通过引线与外部连接；电极沟道区域内制备织构化纳米线材料作为pH敏感层；离子选择透过膜覆盖于电极表面。本发明pH传感器通过结构设计将纳米线敏感材料置于衬底、两个电极组成的沟通以及上方的离子选择透过膜的完全包覆中，解决了产品设计中无机非金属纳米线材料在柔性穿戴式传感器中易磨损、易受干扰的问题，可实现人体体液pH值得原位实时测量与分析。

技术领域

本发明属于电化学传感器的制备领域，尤其是涉及一种基于纳米线织构柔性生物pH传感器及其制备方法，用于实现对包括汗液、血液等人体体液的原位实时检测与分析，并确保传感器适合人体长期佩戴与准确工作。

背景技术

新型生物传感器的高效、快速检测的特点将为生物医学、环境检测、食品、医药工业等领域带来新的技术革命。其中，pH值的检测在生物技术领域应用中是一个非常重要的技术手段，比如快速、精确的检测人体血液、尿液等pH值，对人体疾病的治疗和预防都具有重要的意义。但是目前的pH测试手段包括pH计、pH试纸等不适合随身携带且测试分析比较笨拙，难以实现人体健康需要的实时原位检测。

现有的pH传感器研究主要集中在材料改性、表面修饰、复合电极等方面，刘璐等在论文《High performance flexible pH sensor based oncarboxyl-functionalized andDEP aligned SWNTs》中提到对碳纳米管进行改性，以羧基化处理的碳纳米管作为敏性材料并采用双向电泳技术制备pH传感器。在柔性传感器阵列方面设计，Wei Gao等在论文《Fullyintegrated wearable sensor arrays for multiplexed in situ perspirationanalysis》中提到柔性一体化传感阵列设计，将葡萄糖、钠钾离子、pH值传感微型器件合并在同一柔性衬底上。但是存在实用时表面摩擦问题等，在实际产品应用中将存在很大问题，不能长时间使用，且对材料与人体皮肤直接接触，存在过敏或者其他安全问题。

发明内容

针对实际使用时敏感层与人体长期直接接触带来的影响，我们设计了一种基于纳米线织构柔性生物pH传感器，通过纳米线传感微沟道结构与亲水层的结合，实现了传感器的高效、微型化，同时避免了敏感层与皮肤接触带来的人体不适与材料损坏。

本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。

1.一种基于纳米线织构柔性生物pH传感器，其特征在于，包括柔性基底，微沟道电极结构，电极引线，纳米线织构敏感层，离子选择透过膜；柔性基底上通过模板法制备两个相对的电极组成沟道结构，电极通过引线与外部连接；电极沟道区域内制备织构化纳米线材料作为pH敏感层；离子选择透过膜覆盖于电极上表面；

柔性基底厚度不超过0.15mm；柔性基底一侧使用氧等离子体处理，同时满足接触角＜5°；

纳米线织构敏感层选择羧基化碳纳米管材料，通过将碳纳米管置于体积比3：1质量分数98％的硫酸与质量分数65％的浓硝酸中，在110℃下搅拌45-90min，离心取上清液、调节pH至中性，干燥后通过介电泳或聚合物复合方式将羧基化纳米管制备成阵列结构；同时纳米线织构敏感层不超过电解微沟道范围，厚度为1-100nm。

2.进一步，所述柔性基底为PDMS、PET、PI中的一种。所述电极微沟道结构为通过模板法制备所得，电极材料选择Ti、Au、Pt、中一种或多种，相对电极间间距不超过0.1mm，厚度在100nm-200nm之间。

3.进一步，所述电极微沟道结构使用物理气相沉积方法制备。

4.进一步，所述离子选择透过膜孔径0.1-10μm，H离子电导率≥0.1S/cm，接触角＜5°，厚度5-500μm。