[发明专利]一种基于金属氧化物的新型纳米血糖检测传感器及其制备方法

说明书

一种基于金属氧化物的新型纳米血糖检测传感器及其制备方法，包括基片层、修饰电极层、显示层，自下而上依次采用堆叠线路制造工艺连接形成传感器。本发明的有益效果在于工艺简单、成本低，具有良好的线性度和稳定性，并且本发明所用的材料是复合金属氧化物的纳米材料，规避了材料长度和直径对材料本身性质的限制，由于纳米材料本身特殊的结构，使得在加载恒定电压的条件下，纳米材料不仅可以缓冲充放电过程中的体积变化以维持材料结构的完整性，而且还缩短了电子的传输路径，加快了电子传输速率，同时提供了较高表面体积比和管状对外开发空间，增加了离子与活性材料的接触，使此类材料具有良好的葡萄糖检测灵敏度。

技术领域

本发明属于纳米生物传感器技术领域，特别涉及一种基于金属氧化物的新型纳米血糖检测传感器及其制备方法。

背景技术

糖类是人体三大营养素之一，人体摄入的糖分最终以葡萄糖的形式被吸收，是人体新陈代谢的主要能量源。人体血清中的葡萄糖一旦代谢失衡，将增加人体患有高血压、糖尿病、心血管等疾病的风险。目前临床上对于糖尿病没有完全有效的根治方法，只能通过监控血糖水平来控制糖尿病的发展。因此对葡萄糖浓度实现便捷、准确的检测至关重要。近几年为了更好的检测血糖含量，越来越多的科研专家展开对新型血糖传感器的研究，在研究中积累了大量的成果，为我国研制生物传感器方面奠定了良好的基础。血糖传感器也逐渐更新换代，从传感器的材料到结构有着不断的创新和突破。从第一代电流型葡萄糖传感器到如今第三代的发展，其性能也都在逐渐的完善，我国传感器行业的销售收入呈现出逐年增长的趋势，在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。在血糖检测系统中，血糖传感器的研发是关键。为了达到更准确的定量测量的目的，基于金属氧化物的纳米血糖传感器是目前的研究热潮，具有良好的产业化前景。

血糖传感器在研制过程中有诸多难点，如：要求灵敏度高、具有一致性，工艺简单，制作成本低、使用方便等等需要达到一定的标准。目前血糖传感器的制备技术多被国外知名企业垄断，占领国内外市场。随着近些年国家在此领域的政策支持，国内企业也相继加大研发投入，以获得自主技术的血糖传感器。传统的血糖传感器多是通过在碳糊电极中掺杂或复印导电银浆来降低基础电阻并提高电极的氧化还原能力，从某种程度上，这样做解决了一定的棘手问题，但缺点是工艺复杂，制作成本高。因此，研制具有市场潜力的血糖传感器一直是我们努力的方向。过渡金属如铜、镍等元素d轨道易失去电子表现出氧化性，储量丰富、价格低廉，成为今年血糖传感器材料的研究热点，其具有高灵敏度、宽检测范围、低检测限等优点。从广义上讲，纳米材料包括在三维空间内至少有一个维度处于纳米尺度范围(1-100nm)的材料和以该尺寸范围的物质为基本结构单元所组成的材料。2011年，欧盟委员会建议可将纳米材料作如下定义纳米材料是指一种由含有未结合状态的，或作为聚集体或作为附聚物的颗粒组成的天然的或人工合成的材料，其中对于数量尺寸分布中的50％或更多的颗粒，它的一个或多个维度尺寸分布在1-100nm的纳米尺寸范围内。此外，欧盟委员会建议比表面积大于60m²/cm³的材料也可以被定义为纳米材料。纳米颗粒的表面原子数与总原子数的比例随着粒径的减小而显著增大。由于表面原子数增多，表面原子的配位数不足，形成大量悬挂键，从而使得表面原子具有很高的自由能。这些具有高活性的表面原子为了能使自身稳定下来，就很容易和周围其他原子进行结合，从而表面原子相比于内部原子具有更高的化学活性。随着纳米颗粒尺寸的逐渐减小，比表面积越来越大，纳米颗粒的化学活性也越来越高。

用做无酶葡萄糖电化学传感器的电极材料一般由能够电催化氧化葡萄糖的金属、氢氧化物及金属氧化物组成，电极材料催化氧化葡萄糖的原理为：金属M(低价)在碱性环境中失去电子，成为金属M(高价)，具有高氧化态的金属离子将葡萄糖氧化为葡萄糖酸内酯，最终M(高价)又转变为M(低价)，该过程在电极上产生明显的电信号，电信号的强度与葡萄糖的浓度成正相关，从而间接获得葡萄糖浓度。

发明内容