[发明专利]电化学传感器及其制备方法、离子浓度检测系统

说明书

一种电化学传感器及其制备方法、离子浓度检测系统。电化学传感器包括：传感芯片，传感芯片包括信号转换电路，以及与信号转换电路相连的离子敏感场效应晶体管与信号输出电路，其中，信号转换电路用于将待测溶液中的目标离子的浓度变化转化为电信号，信号输出电路用于将电信号输出；形成于离子敏感场效应晶体管的敏感层上的离子敏感膜，离子敏感膜含有目标离子的载体；形成于离子敏感膜上的微反应池或微反应通道，微反应池或微反应通道用于注入待测溶液；位于微反应池或微反应通道内的参比电极。本公开提供的电化学传感器可以提高检测速度、灵敏度、降低成本并使得操作简便。

技术领域

本发明涉及电化学传感器技术领域，特别涉及电化学传感器及其制备方法、离子浓度检测系统。

背景技术

在医学、化工、制药、环保与食品等领域，常常需要对离子的浓度进行检测。例如，在工农业生产中，氯离子的浓度影响到金属管道的腐蚀、结垢以及植物的生长；在医疗方面，人的血液、尿液以及汗液中氯离子的浓度是诊断囊性纤维化、低氯性代谢性碱中毒等疾病的重要指标；在食品工业中，测定氯离子的浓度对食品的加工生产工艺、产品质量控制有指导作用。

传统的离子浓度的检测方法包括滴定法、比色法、离子色谱等，但上述方法存在检测耗时长、过程繁琐、维护复杂、仪器昂贵、不易携带等缺点。电化学检测方法以其简单、快捷的特点成为目前最具潜力的快速检测方法之一。然而，目前已有的电化学传感器的检测电极依赖贵重金属，无论是离子选择电极还是丝网印刷电极都需要修饰金、银等贵重金属，其昂贵的成本使其难以大规模生产应用。因此，如何提供一种检测速度快、灵敏度高、操作简单、成本低廉的电化学传感器成为一项亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电化学传感器及其制备方法、离子浓度检测系统，以提高检测速度、灵敏度、降低成本并使得操作简便。

为达到上述目的，本发明实施例提供一种电化学传感器，包括：

传感芯片，所述传感芯片包括信号转换电路，以及与所述信号转换电路相连的离子敏感场效应晶体管与信号输出电路，其中，所述信号转换电路用于将待测溶液中的目标离子的浓度变化转化为电信号，所述信号输出电路用于将所述电信号输出；

形成于所述离子敏感场效应晶体管的敏感层上的离子敏感膜，所述离子敏感膜含有所述目标离子的载体；

形成于所述离子敏感膜上的微反应池或微反应通道，所述微反应池或微反应通道用于注入所述待测溶液；

位于所述微反应池或微反应通道内的参比电极。

在本发明一实施例中，所述传感芯片还包括与所述信号转换电路相连的偏置校准电路，所述偏置校准电路用于提供偏置电压，以保证所述传感芯片中各个晶体管处于正常工作状态。

在本发明一实施例中，所述离子敏感膜通过有机溶剂和溶质混合，并将有机溶剂挥发后形成，所述有机溶剂为四氢呋喃、三甲基氯化铵中的一种或多种的组合，所述溶质包括所述目标离子的载体、固化剂、增塑剂。

在本发明一实施例中，所述参比电极为双盐桥Ag/AgCl电极，或Ag/AgCl固态电极。

在本发明一实施例中，所述信号转换电路中包括恒流源、电阻，所述恒流源的电流流过所述电阻，所述离子敏感场效应晶体管的源极和漏极的电压分别与所述电阻两端的端电压相等，以使所述源极和漏极之间的电压保持不变。

在本发明一实施例中，所述目标离子为氯离子。

本发明实施例还提供一种电化学传感器的制备方法，包括：

在传感芯片中的离子敏感场效应晶体管的敏感层上涂布有机溶剂和溶质的混合溶液，所述溶质中含有目标离子的载体；

在所述混合溶液挥发形成离子敏感膜后，在所述离子敏感膜上固定管壳，以形成微反应池或微反应通道；