[发明专利]一种胶带基电化学汗液传感器

说明书

本发明提供一种胶带基电化学汗液传感器，属于化学检测传感器技术领域。该传感器以市售的胶带为基底，自下而上组成分别为吸汗层和电化学检测层。吸汗层由带有微孔的PET薄膜组成，微孔内填充有Janus浸润性膜；电化学检测层组成为印刷在胶带上的电极；微孔区内的Janus浸润性膜直接与电极表面接触，能快速将汗液从皮肤侧转移至电极侧。纳米枝状金和Ag/AgCl组成的双电极电化学传感体系能同时地、灵敏地、实时地检测汗液的多种组分，包括但不限于葡萄糖、乳酸、钠离子和钾离子。这种可穿戴式的胶带基电化学汗液传感器成本低廉，使用方便，特别适用于汗液的即时检测。

技术领域

本发明涉及化学检测传感器技术领域，特别是指一种胶带基电化学汗液传感器。

背景技术

抽血化验一直是当前医疗诊断和分析的首选标准，血液分析对人体会有创伤性，需要在标准化的实验室进行，并且无法实现连续性监测。汗液是一种由汗腺分泌的液体，主要成分是水，并包含各种电解质离子(钠、钾、钙和氯化物)和人体代谢产物(葡萄糖、乳酸、尿酸、尿素等)。因此，汗液是一种重要的无创检测对象，可用来实时监测电解质失衡程度、代谢和脱水状况等。汗液葡萄糖水平与血液中的葡萄糖水平有一定相关性，汗液中的盐浓度可能会与囊包性纤维症有关；汗液中的pH值可能会与皮肤病或糖尿病有关。但是，汗液检测也面临着一系列难题。例如，汗液量小且分散，易挥发，易受皮肤杂质污染，不易收集；汗液中的各类物质含量很低(mM或μM级或更低)，对传感器的灵敏性提出了很高的要求。因此有必要设计一种能有效收集并灵敏检测汗液的传感器。

近年来，仿生的浸润性材料成为研究热点。Janus浸润性材料，通过在同一材料的两面构建亲水疏水两种不同的浸润性界面，能实现独特的液体控制。例如，由于表面能，附加压力等因素，液滴能自发地从Janus浸润性膜的疏水侧转移至亲水侧，反之则不能。相对于普通的亲水性材料，Janus浸润性膜能更充分地转移，运输，收集目标液。作为最常用的检测技术之一，电化学检测在生物传感领域发挥着越来越重要的作用。因其极高的灵敏度，电化学生物传感器被广泛地用来检测葡萄糖，核酸，蛋白质，胆固醇，CO₂等物质。

发明内容

本发明为克服现有技术现有的汗液传感器不易实现汗液的收集和检测不够灵敏的不足，提供一种胶带基电化学汗液传感器。

该传感器自下而上分别为吸汗层和电化学检测层，吸汗层为带有微孔的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET)，电化学检测层为图案化的电极阵列。

其中，聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜的微孔内填充Janus浸润性膜，Janus浸润性膜通过在医用纱布一面静电纺丝一层聚氨酯薄膜(PU)得到，其中，经过静电纺丝的一面疏水，未经静电纺丝一面亲水。

电极阵列沉积在胶带上，PET薄膜作为绝缘层，用于保护各电极上外连的传输电路。

Janus浸润性膜的疏水面直接和皮肤接触，亲水面直接和电极表面接触，Janus浸润性膜能够单向收集水分，将汗液由疏水面吸取至亲水面。

电化学检测层由双电极工作系统组成，包括沉积有纳米枝状金的工作电极、银/氯化银参比电极和外部传输电路，其中，工作电极上修饰有检测试剂，即工作电极在检测之前，电极表面需要预先修饰有特定的活性物质。

工作电极的制备过程如下：先通过模板法磁控溅射一层平面金后，再通过在氯金酸溶液中电化学沉积得到；所述参比电极制备过程如下：先以平面金为基底磁控溅射一层平面银，再滴加三氯化铁溶液得到。

该传感器能够检测汗液中钠离子、钾离子、葡萄糖和乳酸的一种或多种。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，纳米枝状金和Ag/AgCl组成的双电极电化学传感体系能同时地、灵敏地、实时地检测汗液的多种组分，包括但不限于葡萄糖、乳酸、钠离子和钾离子。这种可穿戴式的胶带基电化学汗液传感器成本低廉，使用方便，特别适用于汗液的即时检测。