[发明专利]一种基于聚苯乙烯/金传感材料的自校准电极阵列及应用

说明书

本发明公开了一种基于聚苯乙烯/金传感材料的自校准电极阵列及应用，该自校准电极阵列的制备包括：聚苯乙烯/金传感材料的制备；将聚苯乙烯/金传感材料滴涂在多通道基础电极上制得自校准电极阵列。与现有技术相比，本发明中的聚苯乙烯/金传感材料集识别性能与离子‑电子转导性能于一体，可以通过滴涂的方式制备电极，简化了电极制备步骤。另外，本发明中的自校准电极阵列可以自动校准由尿样中复杂背景造成的误差，从而提高测试的准确性。该自校准电极阵列在用于家庭自我健康监控的智能马桶的开发方面有重要意义。

技术领域

本发明涉及传感器阵列，具体的说是一种基于聚苯乙烯/金传感材料的自校准电极阵列及其应用。

背景技术

1970年，某学者用涂丝电极来代替传统的液态电极，不仅解决了稳态离子通量的问题，而且使电极具有便携式，免维护，低成本，易于小型化和灵活设计的优点。该涂丝电极就是最早的全固态电位型离子选择性电极。然而由于缺乏离子-电子转导材料和易形成水层使得电极电位信号漂移，所以近年对于全固态电位型离子选择性电极性能的研究主要集中在新型疏水转导材料开发的方面。目前的转导材料主要有以下几类：导电聚合物，碳材料，氧化还原分子对，导电金属有机框架材料，微/纳米贵金属材料。目前，全固态电位型离子选择性电极最常用的制备方法是层层修饰法。首先在基础电极上修饰上离子-电子转导材料，然后再修饰上聚氯乙烯基敏感膜，制备步骤复杂繁琐，且聚氯乙烯基敏感膜溶液在滴涂过程中易形成气泡导致批次电极间的重现性差。除此之外，聚氯乙烯基敏感膜溶液中含有四氢呋喃溶液，这就使得该膜溶液不仅易挥发而且可能会损伤基础电极。

在电极阵列方面的研究主要是基于丝网印刷技术，喷墨打印技术或者芯片阵列结合不同的柔性材料来设计新型的传感设备。也有学者将传感阵列与微流控结合起来用于可穿戴传感设备的研究。但是，复杂的实际样品会干扰传感阵列的测试，引入误差降低准确性。尤其是家用式传感设备要求操作简便，仪器便携，故不能对样品进行预处理。因此如何在不对样品预处理的情况下提高测试准确性是急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是开发一种复合传感材料，并将其作为离子选择性敏感膜制备传感电极，然后将其与多通道电极结合制备可自校准的用于体液中电解质离子浓度检测的电位型传感阵列。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚苯乙烯/金传感材料的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：通过无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯纳米颗粒，并通过原位还原法在聚苯乙烯纳米颗粒表面接金纳米颗粒：

1-1、将纯化后的苯乙烯单体和丙烯酸单体在室温下溶解于去离子水中，并通氮气以排除氧气；然后将反应物升温至40～90 ℃并加入过硫酸钾水溶液，反应持续5～20 h，终产物通过离心水洗除去残余反应物，制得聚苯乙烯纳米颗粒；其中，苯乙烯单体、丙烯酸单体、过硫酸钾和去离子水的质量比为100∶1～2∶1～4∶500～2000；

1-2、将聚苯乙烯纳米颗粒水溶液和氯金酸水溶液分散到去离子水中，在搅拌状态下加热至沸腾；然后，将柠檬酸钠水溶液快速加入到沸腾水溶液中并持续反应1～10 h，最后通过离心得到聚苯乙烯/金复合纳米颗粒；聚苯乙烯纳米颗粒、氯金酸、柠檬酸钠和去离子水的质量比为10～50∶2～3∶6～20∶3000～8000；

步骤2：通过加溶胀剂将离子载体和离子交换剂溶胀进聚苯乙烯/金复合纳米颗粒中，制得聚苯乙烯/金传感材料：

将目标离子载体或自校准离子载体和离子交换剂分散到溶胀剂中混合，并将该混合液打入快速斡旋状态的聚苯乙烯/金复合纳米颗粒水溶液中，然后在摇床中震荡5～20小时；最后将所述混合液放入真空干燥箱中使溶胀剂干燥挥发，通过离心水洗除去残余物得到目标离子或自校准离子聚苯乙烯/金传感材料；其中：