[发明专利]一种检测植物根系和土壤参数的传感器及制备方法

权利要求书

1.一种检测植物根系和土壤参数的传感器的制备方法，其特征在于，所述传感器包括：

微针阵列电极，其用于固定于植物上，并检测植物活性小分子浓度；

土壤环境传感电极，其用于位于土壤内，并检测土壤参数；

柔性衬底，其一侧固定所述微针阵列电极，另一侧固定所述土壤环境传感电极；

多个信号传导电路，其用于输出检测结果，并且所述信号传导电路包括与所述微针阵列电极连接的第一信号传导电路和与所述土壤环境传感电极连接的第二信号传导电路；

所述制备方法包括：

制备微针阵列电极；

制备土壤环境传感电极；

将所述微针阵列电极和土壤环境传感电极通过信号传导电路集成为检测电路，并将所述微针阵列电极封装于柔性衬底的一侧，将所述土壤环境传感电极封装于所述柔性衬底的另一侧；

其中，所述微针阵列电极包括工作电极、对电极和参比电极，利用激光微刻蚀技术对厚度在0.1-0.3mm范围的不锈钢薄板衬底进行微加工，得到平面片状金属微针阵列电极，微针的长度为600-800μm，单根微针的宽度为100-300μm；对微针阵列电极进行表面功能化修饰获得用于电化学直接传感的工作电极、对电极和参比电极；所述工作电极、对电极和参比电极采用以下方法制备：

在微针阵列电极双面依次沉积过渡金属层和贵金属层；

将质量分数为0.5~1.5%的牛血清蛋白溶液与质量分数为0.25~0.75%的戊二醛溶液或L-赖氨酸溶液，按照体积比8：1~10：1混合，形成混合溶液，并加入相对所述混合溶液质量百分比为0.5~1.5%的超氧化物歧化酶，该超氧化物歧化酶为干粉；

将最后的混合溶液滴涂至已完成金属层沉积的微针阵列电极，得到工作电极；

在微针阵列电极双面沉积一定厚度的贵金属层，获得对电极；

将微针阵列电极浸入Ag/AgCl浆料并捞出干燥，获得参比电极。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述土壤环境传感电极包括湿度传感电极，所述湿度传感电极采用以下方法制备：

在一定厚度的聚酰亚胺薄膜上，沉积金属叉指电极，以得到湿度传感电极。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述土壤环境传感电极包括用于检测pH的pH传感电极，并且所述pH传感电极包括第一工作电极，所述pH传感电极的第一工作电极采用以下方法制备：

取金属片作为第一电极基片；

将40~60 mg的聚苯胺溶解在10~30 mL的二甲亚砜中，得到混合溶液；

取2~8 μL混合溶液滴涂于第一电极基片，并与1~3 mL盐酸同时放入真空室中反应形成聚苯胺翡翠盐；

待第一电极基片表面颜色变至橄榄绿时，得到pH传感电极的第一工作电极。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述土壤环境传感电极包括用于离子浓度的离子传感电极，并且所述离子传感电极包括第二工作电极，所述离子传感电极的第二工作电极采用以下方法制备：

取金属片作为第二电极基片；

将70~130 mg的离子选择混合物溶解于300~700μL的有机化合物溶液中，得到离子选择性薄膜的混合溶液，其中，所述离子选择混合物包括质量百分比分别为0.2~2.5%的离子载体、0.3~0.6%的亲脂性大分子、60~70%的增塑剂和28~38%的聚合物材料；

取20~40 μL混合溶液，滴涂于第二电极基片上形成离子选择性薄膜，干燥后得到离子传感电极的第二工作电极。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述土壤环境传感电极包括用于检测pH的pH传感电极和用于离子浓度的离子传感电极，并且所述pH传感电极和离子传感电极均包括共用的共用对电极和共用参比电极，所述共用对电极和共用参比电极，采用以下方法制备：

取金属片作为第三电极基片；

在第三电极基片两面依次沉积过渡金属和贵金属，获得共用对电极；

将第三电极基片浸入Ag/AgCl浆料并捞出干燥，获得共用参比电极。

6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述土壤环境传感电极上具有抗微生物污染涂层，其采用以下方法制备：

将湿度传感电极和共用对电极置于2-巯基乙醇内；

然后将湿度传感电极和共用对电极分别与聚二甲氧基硅氧烷反应；

待反应完毕后，得到经聚二甲氧基硅氧烷修饰的电极；

将第一工作电极、第二工作电极以及共用参比电极分别与聚二甲氧基硅氧烷反应；

待反应完毕后，得到经聚二甲氧基硅氧烷修饰的第一工作电极、第二工作电极以及共用参比电极。