[发明专利]一种葡萄糖传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳微/纳机电系统（C-MEMS/NEMS），具体涉及一种基于碳微纳集成结构的葡萄糖传感器的制备方法。

背景技术

葡萄糖是动植物体内碳水化合物的主要组成部分，作为人体血液中的重要化学成分，其浓度一直是评价人体健康状况的重要信息，是衡量新陈代谢水平的主要指标。因而，葡萄糖传感器是生物传感器领域研究最多、商品化最早的生物传感器。经过近半个世纪的努力，葡萄糖传感器的研究和应用己有了很大的发展，在食品分析、发酵控制、临床检验等方面发挥着重要的作用。

近来，碳材料被人们预见可应用在三维微电池、生物芯片、微型电化学传感器、分子开关等微机电系统（MEMS）领域。选用碳材料是微机电系统发展几十年以来的又一次材料上的创新。碳微机电系统工艺将光刻胶通过曝光、显影等步骤造型后，再将其放入特定的温度、气体环境下进行热解从而得到碳结构。该工艺简便易行，通过选择黏度较高的光刻胶还可以相对轻松地制备出具有高深宽比的碳微结构。碳微机电系统工艺的优势在于，它可以简便地制备出具有高深宽比的碳微结构，这样的结构可以应用在基于碳的电子学、传感器学、电池学、微流体学等等场合。其中一个最为典型的应用是碳微机电系统工艺制备柱状碳微电极阵列。碳微机电系统工艺制备碳微电极的优势相当明显，且具有一定的创新意义。首先，相比以往工艺其具有结构设计灵活且图形分辨率高、工艺简便、可重复性好、成本低等优点；其次，碳材料用于微机电系统是少见的，它具有优良的导电导热性、化学惰性、生物兼容性、较轻的质量、以及比Pt、Au更宽的伏安窗口；最后，也是最重要的是对该工艺进行改进后可以相对轻松的制备出具有高深宽比、高容量、高比表面积的碳微电极阵列。

在电化学实验中通过修正电化学沉积条件，例如调整聚合物种类、蛋白酶的浓度，可以控制聚合材料中酶的数量和空间分布。在三维碳微纳结构中，导电聚合物可以沉积成各种各样的电极形状，同时葡萄糖氧化酶被固化在三维电极表面。而且聚吡咯薄膜有助于生成大量电活性中心，缩短每条电子转移的路径，加速电子从反应点到电极表面的转移。电化学生物传感器具有许多不可替代的优点：首先，它结构简单，对检测仪器的要求不高，因此具有成本便宜、携带方便的优点；其次，电化学传感器灵敏度高，甚至已经远远超过了许多目前最灵敏的生物测定方法；再次，电化学分析方法选择性好，可以直接测定复杂样品；同时，电化学传感器可以实现快速实时监测；最后，它的操作简便、并易于小型化、智能化，电极系统将电化学反应直接转换成电信号，可以实现临床和现场的实时自动化检测分析。

纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，因此能够显示出独特的物理化学性质及良好的催化活性和生物兼容性，近年来被广泛应用于生物传感器的构造和生物芯片的开发等。基于纳米材料修饰的电化学生物传感器表现出较好的性能，如较大的电流响应、较高的灵敏度和较宽的检测限。在酶传感器中使用纳米材料，不仅可以增加酶的吸附量和稳定性，而且还可以提高酶的催化活性，使酶电极的电流响应灵敏度得到显著提高。金属纳米颗粒的比表面积大，表面反应活性高，具有较高的催化效率以及较强的吸附能力，在电化学反应中可以作为优良的电子传递媒介。

发明内容

本发明的目的在于提供一种葡萄糖传感器的制备方法，该方法制作出具有较高比表面积、良好导电特性和电化学特性的碳微纳结构，并进一步采用电化学聚合反应制作出高灵敏度的基于碳微纳集成结构的传感器，用于葡萄糖浓度检测。

本发明的葡萄糖传感器的制备方法，其步骤如下：

(1)制备碳微纳结构，所述碳微纳结构为碳微电极结构、集成有碳纳米管的碳微纳结构或集成二氧化硅纳米线的碳微纳结构；

(2)电化学沉积步骤：通过电化学反应将吡咯分子单体聚合到碳微纳结构表面，使碳微纳结构表面得到一层聚吡咯(PPy)薄膜，同时将葡萄糖氧化酶(GOD)包埋在碳微纳结构与聚吡咯(PPy)薄膜之间，制备出基于碳微结构的葡萄糖传感器。

所述制备碳微纳结构的步骤为：

(1.1)预处理：清洗硅基片；

(1.2)匀胶：在预处理后的基片上旋涂光刻胶；匀胶后进行前烘处理；

(1.3)曝光：将前烘处理后的基片进行曝光，曝光后进行中烘处理；

(1.4)显影：对中烘处理后的基片进行显影，并进行后烘处理，得到光刻胶微结构；

(1.5)热解：对后烘处理的硅基片热解即得碳微纳集成结构。

通过上述步骤即可得到碳微电极结构。