[发明专利]一种基于树枝状纳米银结构的柔性葡萄糖电化学传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电化学传感器领域，具体涉及一种基于树枝状纳米银结构的柔性葡萄糖电化学传感器。

背景技术

葡萄糖是生命体中最重要的物质。葡萄糖代谢是生物体内最基本的能量转换途径，是生物体正常代谢和生长发育的基石。在动物体内葡萄糖的代谢过程会受到血糖浓度和胰岛素含量的影响，当血糖浓度过高或者体内缺少胰岛素时，会出现葡萄糖的代谢障碍而引发糖尿病。血糖较大幅度的波动导致失明、肾衰竭、心脏病和中风等糖尿病慢性并发症。因此，血糖的监测对于评估人们的健康状况有着至关重要的意义。

目前国内外检测葡萄糖的方法主要有高效液相色谱法和分光光度法等，这些方法虽精确度高，但所用仪器昂贵，操作复杂，需要专业的操作人员，耗时耗力。电化学方法以其高灵敏度、易操作、分析速度快、低成本等优点引起了研究者们的广泛兴趣。例如，连续血糖监测系统(CGMS)即是葡萄糖电化学传感器一个成功的应用范例。连续血糖监测系统(CGMS)的出现，为血糖监控提供了完整的趋势信息，并能提供高、低血糖的报警功能，能将患者每日指血测量的次数降低到1-2次，甚至于无需指血校准，是继指血血糖仪之后的又一重要发明。目前，这类传感器通常是以柔性聚合物薄膜为基底，在其上印刷碳电极或溅射金电极，通过电极的层层组装或平面错位排布形成电化学三电极体系；或者直接利用极细的金属丝制作，以金属丝表面的绝缘层隔离工作电极与参比电极，形成二电极体系。但这些方法制作的传感器材料成本高、工艺复杂、规模化程度低，使得这类产品生产成本高，价格昂贵，制约了CGMS系统的推广应用。

目前工业化的血糖仪采用的是针刺采血后化验测量的方法，虽然这种测量方法较精确，但会对患者造成了一定的痛苦，而且这种方法对血糖的测量是间断性的，测得的数据只能提供测量时刻血糖的浓度，不能对每次胰岛素的用量给予准确的指导。连续地测量体内葡萄糖的浓度是至关重要的，现在的葡萄糖传感器还不能应用到临床，连续地测量系统中葡萄糖的浓度是目前研究者面临的难题之一，其中一个主要的原因是其刚性的结构使得葡萄糖传感器的生物相容性较差，所以构建柔性的葡萄糖电化学生物传感器具有非常重要的意义。

柔性的葡萄糖电化学生物传感器的构建，最关键在于柔性电极材料。研发具有制作工艺简单、良好的葡萄糖检测性能和柔性(耐弯曲)等特点的电极有很强的实际应用前景。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种制作工艺简单、对葡萄糖有良好电化学响应的传感器。通过电化学沉积的方法在经过修饰的ITO玻璃上沉积出一层具有树枝状结构的纳米银，并将这层纳米银固化在PDMS柔性基底上，进而制备出具有树枝状结构纳米银的新型传感器。此种传感器具有对葡萄糖有良好的电化学响应。

所述的传感器制备方法如下：

1)将ITO玻璃进行层层自组装。在组装好的ITO玻璃上采用计时电流方法进行电化学沉积，所用电解液为AgNO₃和NaNO₃混合溶液，参比电极为饱和硫酸亚汞电极，对电极为铂丝，工作电极为组装好的ITO玻璃。经过电化学沉积后，一层白色的树枝状纳米银将沉积在ITO玻璃上，称其为ITO-Ag；

2)将ITO-Ag浸入到PDMS(聚二甲基硅氧烷)中，PDMS原液与固化剂的体积比为10：1，加热固化，将固化好的PDMS柔性基底轻轻从ITO-Ag上揭下，白色树枝状纳米银即附着在PDMS柔性基底上，可称为PDMS-Ag。所述PDMS-Ag即为基于树枝状纳米银结构的传感器；

所述传感器对葡萄糖的响应条件为：葡萄糖的浓度为5mM，底液为5mM的NaOH溶液，扫描范围-0.2-1.0V，扫速为50mV/s。

优选的，所述步骤(1)中自组装层数为4～10层。

优选的，所述步骤(1)中电化学沉积时间为400～1600s，电化学沉积设定的电位范围为(-0.6)～(-0.3)V。

优选的，所述步骤(1)中AgNO₃浓度为0.005-0.015mol/L，NaNO₃浓度为0.01-0.12mol/L。

优选的，所述步骤(2)中PDMS原液与固化剂的体积比为10：1。

优选的，所述步骤(2)中所述固化温度为50-100℃，固化时间为2-10小时。

本发明的显著优点：本发明提供了一种导电性能优异、轻便耐用的传感器。该电极制备工艺简单，易实现量产且对葡萄糖有良好的电化学响应。