[发明专利]一种基于MXene的纸基双层电极电化学汗液传感器的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于MXene的纸基双层电极电化学汗液传感器及其制备方法，所述传感器在纸基材料上具有多组双层结构的三电极体系，分别为参比电极、对电极和经MXene材料修饰的工作电极，利用蜡打印技术使纸基材料亲疏水区域通过折叠在层间形成多条微流控通道实现汗液的收集、流通、检测和扩散功能。本发明的传感器实现了无创式多物质同步检测人体汗液的功能，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于传感器领域，特别涉及一种基于MXene的纸基双层电极电化学汗液传感器及其制备方法。

背景技术

汗液中的各项代谢产物与人体健康密不可分，其中葡萄糖、乳酸、尿素、钾离子、钙离子等是运动医学领域的重要指标，将各项指标集中在同一传感器件上进行信号输出具有重要意义。与检测血液相比，汗液的检测传感器是非侵入式的，很大程度避免了病患的痛苦。相比于其他体液，汗液更容易快速且持续获取。

纸基作为一种多孔亲水材料，与喷蜡打印技术相结合，可通过利用毛细管作用的无力流体传输，进行微流控通道的个性化设计。目前，纸张作为基底材料在电子领域的应用越来越广泛，纸基微流控装置具有成本低、便于携带、可回收利用、检测方便等优势，在分析检测领域逐渐展示其便捷方便的特性。目前，该领域的主要研究热点是将纸基微流控装置与更多高效的检测方法相结合，从而开发新用途。

近年来，新的类石墨烯材料MXene的问世受到了科学界的广泛关注，由于MXene具有高纵横比，且比表面积大、表面基团活性高、表面载流子速率高，拥有优异的力学与光电化学性能，在电化学等材料领域发挥着重要的作用。

Cao Q等使用手工涂蜡法制备三维纸基电化学汗液传感器，用来检测汗液中葡萄糖含量变化。(Three-dimensional paper-based microfluidicelectrochemicalintegrated devices(3D-PMED) forwearable electrochemical glucose detection,RSCAdv.,2019,9,5674–5681)该传感器不具备同时检测多种物质变化的功能。由于三电极结构分布紧密，工作电极面积较小不易修饰，仍有待改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于MXene的纸基双层电极电化学汗液传感器及其制备方法，该传感器具备双层电极结构，可实现多物质同步检测。

本发明提供了一种基于MXene的纸基双层电极电化学汗液传感器，所述传感器在纸基材料上具有多组双层结构的三电极体系，分别为参比电极、对电极和经MXene材料修饰的工作电极，利用蜡打印技术使纸基材料亲疏水区域通过折叠在层间形成多条微流控通道实现汗液的收集、流通、检测和扩散功能。

所述纸基材料为滤纸、层析纸、纤维素膜、PVDF膜中的一种。

所述传感器平面展开面积为5～60cm²，厚度为0.2～1.0mm。

本发明还提供了一种基于MXene的纸基双层电极电化学汗液传感器的制备方法，包括：

(1)制备MXene分散液；

(2)将绘制在软件上的微流控通道模板打印在纸基基底后，置于烘箱内烘干，得到可折叠的三维纸基微流控通道；将三维纸基微流控通道置于丝网模板下印刷，得到两组以上独立工作电极的双层电极结构未修饰传感器；

(3)将步骤(1)的MXene分散液以及亚甲基蓝、丝素蛋白、氧化酶溶液分步逐层滴涂在步骤(2)得到的传感器的工作电极表面，每步均进行冲洗、抽滤、室温干燥，即得基于MXene 的纸基双层电极电化学汗液传感器。

所述步骤(1)中的MXene分散液的制备方法包括如下步骤：