[发明专利]基于甘油凝胶电解质的柔性电化学晶体管传感器及其制备方法、检测葡萄糖的方法

说明书

本发明涉及一种基于甘油凝胶作为电解质制备的石墨烯电化学晶体管传感器，用于构建柔性可穿戴传感器件。该器件是在柔性衬底PET上构建源极、漏极和栅极，三个电极均为铬层上覆盖的金层作为电极，在源极和漏极之间通过湿法转移单层石墨烯作为沟道，在栅极上通过共沉积金和石墨烯的纳米复合物进行功能化修饰。本发明所述器件提供了一种基于甘油凝胶用作电解质来对体液中葡萄糖进行无酶无创检测的方法，具有较好的长期稳定性，基于其独特的机械性能，能够更好的与人体的组织器官相贴合，实现可穿戴。

技术领域

本发明涉及的是一种基于甘油凝胶电解质的柔性电化学晶体管及其制备方法、检测葡萄糖的方法，具体是利用甘油凝胶作为电解质与柔性晶体管传感器件组合来进行生理电信号的检测。

背景技术

糖尿病作为一种常见的慢性病，已经成为威胁人民健康的重大社会问题。葡萄糖是糖尿病患者血糖水平的一个指标，因此，发展一种快速、便捷、准确的葡萄糖传感器十分重要。电化学晶体管传感器由于其工作电压小、跨导率高、生物相容性好以及其本身固有的放大效应等优点，被认为是一种很有前景的生物信号监测设备。近年来，柔性可穿戴器件由于其优良的机械性能，能够与人体的组织器官更好的贴合，已经成为能够更便捷反映机体的生理动态的一种必不可少的设备。但是，由于电化学晶体管其本身的传导原理限制了该设备必须要在电解质充足的情况下才能进行测量，而可穿戴设备又要求能够从干燥的表面收集生理特征信号。

现有技术CN108593747A中，虽然已经制备了基于金/石墨烯复合纳米材料的刚性电化学晶体管传感器，但是其必须要在电解质溶液充足的条件下进行检测，无法实现便携可穿戴。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种基于非挥发性甘油凝胶电解质的柔性电化学晶体管传感器及其对于葡萄糖的检测方法，解决了传统刚性器件在机体运动状态下的不贴合等问题，并且能够在较为干燥的环境下实现长期稳定的电生理信号的检测。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

基于甘油凝胶电解质的柔性葡萄糖电化学晶体管传感器，包括源极和漏极、栅极；源极和漏极、栅极均设置在金层上，金层重叠于铬层上方，所述源极和漏极之间的沟道为单层石墨烯，且沟道上铺覆甘油凝胶(如聚丙烯酰胺甘油凝胶等)用作固态电解质；所述栅极通过恒电位共沉积法沉积金和石墨烯的纳米复合物进行功能化修饰，并铺覆甘油凝胶用作固态电解质。

本发明还提供一种上述基于甘油凝胶电解质的柔性葡萄糖电化学晶体管传感器的制备方法，主要步骤如下：

(1)在柔性衬底上蒸镀铬层和金层，金层覆盖于铬层上方，在金层上分别选定源极、漏极和栅极；

(2)采用湿法转移将单层石墨烯转移到步骤(1)所述源极和漏极之间作为沟道；

(3)在步骤(1)所述栅极上利用恒电位共沉积法沉积金和石墨烯的纳米复合物进行功能化修饰；

(4)将甘油凝胶电解质铺覆于步骤(2)所述沟道和步骤(3)所得功能化修饰后的栅极上，即得到基于甘油凝胶电解质的柔性葡萄糖电化学晶体管传感器。

按上述方案，步骤(1)中，柔性衬底一般可采用的是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺 (PI)等，最常用的是PET和PEN。由于铬与柔性PET衬底的粘附性较好，先在PET衬底上蒸铬，然后在铬上蒸金，所镀铬层的厚度为0.3-1nm,金层的厚度为30-100nm。