本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种双芯片汗液传感器及其制备方法。
背景技术：
人体汗液主要是由98～99％的水(pH值4.2～7.5)、氯化钠(约300mg/100mL)、1～2％其他物质(包括少量尿素、乳酸、脂肪酸、葡萄糖等)组成。
当人体在进行运动时，会流出大量的汗液，当每升汗液中平均含Na+不足58.4mg，K+不足10mg，Cl-不足45.4mg时，人体将会出现一系列问题，以致于人体对视、听觉刺激明显过敏，机体的抗体的调节能力也随之降低，会出现肌肉痉挛、脱水、甚至昏迷等症状，如果能够及时探测这些人体汗液中的上述离子的含量，则能够及时给予人们预警，从而避免悲剧的发生，当前行业内还没有相关传感器和设备能够及时探测人体汗液中的微量成分的含量。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：提供一种能够探测人体汗液中的微量成分的含量的双芯片汗液传感器。
一种双芯片汗液传感器，包括载板，载板上设置有信号处理芯片和电极芯片，电极芯片设置有工作电极、参比电极和外联焊盘，外联焊盘包括工作极外联焊盘和参比极外联焊盘，工作电极与工作极外联焊盘通过导电线路连接，参比电极与参比极外联焊盘通过导电线路连接；
外联焊盘与信号处理芯片上的焊盘通过引线键合工艺连接，信号处理芯片上的另外的焊盘通过引线键合工艺连接载板上的焊盘；
电极芯片和信号处理芯片通过封装胶封装在载板上，工作电极的头部漏出封装胶。
优选的，还包括毛细片，毛细片设置有第一毛细孔；
毛细片设置于封装胶的上部，毛细片和工作电极之间设置有汗液反应空间，汗液反应空间通过第一毛细孔连通至毛细片的另一个端面；
第一毛细孔位于汗液反应空间的上部；或，第一毛细孔位于汗液反应空间的一侧，第一毛细孔通过汗液流道连通至汗液反应空间，汗液流道设置于封装胶的顶部或毛细片的底部，汗液流道为毛细通道。汗液通过第一毛细孔和汗液流道流到反应电极(工作电极)上，汗液流进来后，会连通工作电极和参比电极，产生电化学反应。
优选的，汗液反应空间设置有凝胶；
汗液反应空间的一侧设置有第三吸水材料，第三吸水材料延伸至封装胶的侧面。
优选的，载板另一个端设置有第二吸水材料，第二吸水材料与凝胶通过第三吸水材料连通。
优选的，工作电极为环形电极，工作电极的中部设置有电极穿孔，载板设置有第二毛细孔，第一毛细孔、汗液反应空间、电极穿孔和第二毛细孔依次连通。
优选的，电极穿孔位于工作电极的中部，电极穿孔为导电孔或绝缘孔。
优选的，电极穿孔为导电孔，电极穿孔的底部周侧为芯片焊盘，芯片焊盘为环形焊盘，电极穿孔通过芯片焊盘焊接至载板焊盘，载板焊盘为环形焊盘，载板焊盘位于第二毛细孔的周侧。
优选的，参比电极呈环形或半环形套设与工作电极的外侧，参比电极与工作电极之间设置有间隙，间隙为汗液反应空间的一部分。
优选的，工作电极的周侧设计有感温电路；电极芯片、毛细片或封装胶上设置有加热电路；加热电路位于工作电极的周侧较近或较远位置。
感温电路用于监测工作电极的生物反应酶的反应温度，从而使得系统能够根据温度数据对计算结果做补偿。加热电路也可以设置在电极芯片上也可以在其他部位。加热电路和感温电路配合使用，可以保证生物反应酶的工作条件处于可控和恒定状态。
优选的，信号处理芯片只包含前端放大驱动电路；前端放大驱动电路输出模拟信号给MCU(主控制器)，AD采样和信号逻辑处理由MCU完成。
优选的，信号处理芯片只包含前端放大驱动电路、AD采样电路、逻辑处理和校准存储电路，逻辑处理和校准存储电路输出准确数值给MCU(主控制器)处理；同时校准存储单元可以记录该传感器(工作电极)是第几次使用，从而可以根据使用次数来做校准和应用。
优选的，还包括主控电路，工作电极上设置有生物反应酶，信号处理芯片记录有生物反应酶的批号、校准数据、应用过程中的使用次数和反应时间；信号处理芯片或主控电路根据生物反应酶的批号、校准数据、使用次数和反应时间信息进行补偿和计算。
优选的，主控电路根据感温电路感测的工作电极的周测温度控制加热电路的加热功率，从而控制生物反应酶的工作环境温度处于设定的温度区间，从而使得生物反应酶处于最佳活性状态，例如葡萄糖反应酶的存活温度为20℃～70℃，葡萄糖的最佳活性温度是30℃～50℃，那么就可以调节生物反应酶的工作环境温度为30℃～50℃；当有多种生物反应酶时，可以结合各自的最佳活性温度，调整至一个各个生物反应酶可接受的最佳公共温度范围。
优选的，信号处理芯片接收的电极信号包括电流型信号，如葡萄糖电极、乳酸电极等，电流大小范围10nA～10uA；电压型信号，如K+离子电极、Na+离子电极等，电势范围0.1mV～1000mV之间；电极引脚可以施加动态激励电压，动态激励电压的电压范围为-1V～1V；芯片内部放大电路设计支持多种增益。
优选的，信号处理芯片的厚度小于电极芯片的厚度；电极芯片包括台面、沟槽和从台面向沟槽过渡的斜坡；
沟槽设置在台面的侧部；工作电极设置于台面上，外联焊盘设置于沟槽上，连接工作电极与外联焊盘的导电线路部分位于斜坡上；信号处理芯片的厚度小于沟槽的厚度；沟槽的宽度为100μm～300μm，沟槽的深度为50μm～200μm。
优选的，工作电极表面的生物反应酶或者选择性反应物，其上可以加盖凝胶，保护工作电极，凝胶可以透过汗液，同时防止生物反应酶酶等传感器物质向外泄露；
优选的，电极芯片只有工作电极和参比电极；或电极芯片有工作电极、参比电极、温度感应电路、加热电路；温度感应电路用于测量体表温度和酶反应区间的温度。
优选的，信号处理芯片只包含前端放大驱动电路，信号处理芯片模拟输出给MCU(主控器)，AD采样和信号逻辑处理由MCU完成。
优选的，型号处理芯片只包含前端放大驱动电路、AD采样电路、逻辑处理和校准存储电路，输出准确数值给MCU处理；同时校准存储单元可以记录该传感器是第几次使用(工作电极的使用次数及其上生物反应酶的使用次数)，从而可以根据使用次数来做校准和应用。
优选的，工作电极的制备方法包括：
A.在树脂膜上镀一层铬和一层金；
B.蚀刻金层和铬层，制作包含电极、焊盘及连接电极和焊盘的电路；
C.沉积一层聚对二甲苯；
D.蚀刻电极和焊盘上的聚对二甲苯层，露出电极和焊盘；电极包括Na+传感器电极、K+传感器电极和PVB电极；PVB电极作为Na+传感器电极、K+传感器电极的参比电极，在Na+传感器电极、K+传感器电极上分别制作Na+离子选择性膜和K+离子选择性膜，能够及时探测人体汗液中的Na+、K+的含量的汗液传感器，能够及时探测Na+、K+在人体汗液中的含量，能够及时给予人们预警，从而避免悲剧发生。
根据不同的应用需求在电极上用适当的方法涂敷不同的反应酶或离子选择性膜就可以制备出不同的传感器，可以分别检测不同的成分；本研究中电极包括Na+传感器电极、K+传感器电极和PVB电极；PVB电极作为Na+传感器电极、K+传感器电极的参比电极。
优选的，还包括葡萄糖电极、乳酸电极和AgCl参比电极；Na+传感器电极和K+传感器电极也可以用Ag/AgCl做参比电极。
优选的，还包括Cl-元素传感器、Ca2+传感器电极、Mg2+传感器电极等。
优选的，Na+传感器电极、K+传感器电极为工作电极的工作端，PVB电极为参比电极的工作端。
优选的，步骤D之后还包括：
E.在PVB电极上制作银层，银层的厚度小于聚对二甲苯的厚度；
F.将Na+离子选择性膜溶液注射到Na+传感器电极；
G.将K+离子选择性膜溶液注射到K+传感器电极；
H.将PVB参比电极溶液涂布到PVB电极。
优选的，将步骤F中Na+离子选择性膜溶液为：
将Na离子载体(0.5％～1.5％，w/w)、Na‐TFPB(0.3％～0.7％，w/w)、PVC(25％～43％，w/w)、DOS(60％～75％，w/w)按比例混合，再将该100mg混合物溶于(600～750)uL的四氢呋喃中，形成Na+离子选择性膜溶液。
优选的，将步骤G中K+离子选择性膜溶液为：
将缬氨霉素(1％～3％，w/w)、NaTPB(0.3％～0.7％，w/w)、PVC(30％～37％，w/w)、DOS(55％～76％，w/w)按比例混合，再将该100mg混合物溶于(300～400)uL的环己酮中，形成K+离子选择性膜溶液。
优选的，将步骤H中PVB参比电极溶液为：
将79.1mg PVB和(40～60)mg NaCl溶于1ml甲醇中，再将(1～3)mg F127和(0.1～0.3)mg多壁碳纳米管添加到上述溶液内，最后制备出PVB参比电极溶液。
优选的，步骤E还包括：在Ag/AgCl电极上制作银层，银层的厚度小于聚对二甲苯的厚度；
优选的，步骤H之后还包括：
I.将FeCl3溶液注射到在Ag/AgCl电极上；
J.将普鲁士蓝媒介沉积在葡萄糖传感器电极的金层上，获得普鲁士蓝媒介层，在获得的普鲁士蓝媒介层上涂布葡萄糖氧化酶/聚壳糖/碳纳米管的混合溶液；
K.将普鲁士蓝媒介沉积在乳酸传感器电极的金层上，获得普鲁士蓝媒介层；将聚壳糖/碳纳米管溶液沉积在普鲁士蓝/Au层电极上，干燥；然后，再涂布乳酸氧化酶溶液，干燥；最后，涂布聚壳糖/碳纳米管混合溶液。
优选的，将步骤J中葡萄糖氧化酶/聚壳糖/碳纳米管的混合溶液为：
J1.将聚壳糖溶于1％～3％的乙酸中，再经过1h的磁力搅拌，形成1％的聚壳糖溶液；
J2.采用30min以上的超声搅拌将形成的聚壳糖溶液与(1～3)2mg/ml的单壁碳纳米管充分混合，形成粘稠状的混合溶液；
J3.将形成的粘稠状的混合溶液与葡萄糖氧化酶溶液混合，其混合体积比为2:1；
其中：葡萄糖氧化酶溶液为葡萄糖氧化酶溶于PBS中，(8～15)mg/ml，PH值为7.2。
优选的，将步骤K中：将普鲁士蓝媒介沉积在乳酸传感器电极的金层上为：
采用循环伏安法(从‐0.5V～0.6V，相对与Ag/AgCl参比电极)，将普鲁士蓝媒介沉积在乳酸传感器电极的金层上，进行10个周期的电循环，电压变化速率为50mV/s，普鲁士蓝媒介的配置比例为：2.5mMol FeCl3:100mMol KCl:2.5mMol K3Fe(CN)6溶液：100mMol HCl。
优选的，铬层的厚度为20～40nm，金层的厚度30～100nm，聚对二甲苯层的厚度为200～900nm，电极的直径为1～10mm，开窗的直径小于电极的直径。
本发明的有益效果是：一种双芯片汗液传感器，包括载板，载板上设置有信号处理芯片和电极芯片，电极芯片设置有工作电极、参比电极和外联焊盘，外联焊盘包括工作极外联焊盘和参比极外联焊盘，工作电极与工作极外联焊盘通过导电线路连接，参比电极与参比极外联焊盘通过导电线路连接；外联焊盘与信号处理芯片上的焊盘通过引线键合工艺连接，信号处理芯片上的另外的焊盘通过引线键合工艺连接载板上的焊盘；电极芯片和信号处理芯片通过封装胶封装在载板上，工作电极的头部漏出封装胶。工作电极获取的信号能够通过引线键合的导线直接传递到信号处理芯片，噪声小，从而能够实现探测人体汗液中的微量成分的功能。本发明还提供了上述双芯片汗液传感器的制备方法。
附图说明
下面结合附图对本发明的双芯片汗液传感器作进一步说明。
图1是本发明一种双芯片汗液传感器的实施例一的剖面示意图。
图2是本发明一种双芯片汗液传感器的实施例二的剖面示意图。
图3是本发明一种双芯片汗液传感器的实施例三的剖面示意图。
图4是本发明一种双芯片汗液传感器的实施例四的剖面示意图。
图5是本发明一种双芯片汗液传感器的实施例四的封装封装胶前的剖面图。
图中：
1-载板；11-第二毛细孔；2-信号处理芯片；3-电极芯片；31-工作电极；32-参比电极；33-外联焊盘；34-电极穿孔；4-封装胶；5-毛细片；51-第一毛细孔；6-汗液反应空间；7-凝胶；8-第二吸水材料；9-第三吸水材料；031-台面；032-沟槽；033-斜坡。
具体实施方式
下面结合附图1～5并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明提供了一种双芯片汗液传感器。
实施例一
请参阅图1。
一种双芯片汗液传感器，包括载板1，载板1上设置有信号处理芯片2和电极芯片3，电极芯片3设置有工作电极31、参比电极32和外联焊盘33，外联焊盘33包括工作极外联焊盘和参比极外联焊盘，工作电极31与工作极外联焊盘通过导电线路连接，参比电极32与参比极外联焊盘通过导电线路连接；
外联焊盘33与信号处理芯片2上的焊盘通过引线键合工艺(引线键合导线连接工作极外联焊盘33与信号处理芯片2的焊盘，信号处理芯片2和电极芯片3的底部通过粘接胶粘接到载板1上)连接，信号处理芯片2上的另外的焊盘通过引线键合工艺连接载板1上的焊盘；
电极芯片3和信号处理芯片2通过封装胶4封装在载板1上，工作电极31的头部漏出封装胶4。
外联焊盘33与信号处理芯片2上的焊盘通过引线键合工艺连接，避免了电路板材料的干扰，工作电极31获取的信号能够通过引线键合的导线直接传递到信号处理芯片2，噪声小，从而能够实现探测人体汗液中的微量成分的功能。
本实施例中，还包括毛细片5，毛细片5设置有第一毛细孔51；
毛细片5设置于封装胶4的上部，毛细片5和工作电极31之间设置有汗液反应空间6，汗液反应空间6通过第一毛细孔51连通至毛细片5的另一个端面(端)；
第一毛细孔51位于汗液反应空间6的上部；或，第一毛细孔51位于汗液反应空间6的一侧，第一毛细孔51通过汗液流道连通至汗液反应空间6，汗液流道设置于封装胶4的顶部或毛细片5的底部，汗液流道为毛细通道，汗液流道设置于毛细片5的底部或封装胶4的顶部。
本实施例中，汗液反应空间6设置有凝胶7；
汗液反应空间6的一侧设置有第三吸水材料9，第三吸水材料9延伸至封装胶4的侧面。当第一毛细孔51位于汗液反应空间6的一侧时，第一毛细孔51通过汗液流道(汗液流道设置于参比极电路板的底部或封装胶的顶部，汗液流道为毛细通道)连通至汗液反应空间6，汗液流道与第三吸水材料9位于汗液反应空间6的不同侧；汗液通过第一毛细孔51和汗液流道流到反应电极(工作电极31)，反应电极的一侧有吸水材料(第三吸水材料9)，把反应(对汗液进行测量)后的汗液吸走。
本实施例中，工作电极31为环形电极，工作电极31的中部设置有电极穿孔34，载板1设置有第二毛细孔11，第一毛细孔51、汗液反应空间6、电极穿孔34和第二毛细孔11依次连通。
本实施例中，参比电极32呈环形或半环形套设与工作电极31的外侧，参比电极32与工作电极31之间设置有间隙。
本实施例中，工作电极31的周侧设计有感温电路；
电极芯片3、毛细片5或封装胶4上设置有加热电路；加热电路位于工作电极31的周侧。
本实施例中，还包括主控电路，工作电极31上设置有生物反应酶，信号处理芯片2记录有生物反应酶的批号、校准数据、应用过程中的使用次数和反应时间；信号处理芯片2或主控电路根据生物反应酶的批号、校准数据、使用次数和反应时间信息进行补偿和计算。
本实施例中，主控电路根据感温电路感测的工作电极31的周测温度控制加热电路的加热功率，从而控制生物反应酶的工作环境温度。
本实施例中，信号处理芯片2的厚度小于电极芯片3的厚度；电极芯片3包括台面031、沟槽032和从台面031向沟槽032过渡的斜坡033；
沟槽032设置在台面031的侧部；
工作电极31设置于台面031上，外联焊盘33设置于沟槽032上，连接工作电极31与外联焊盘33的导电线路部分位于斜坡033上；信号处理芯片2的厚度小于沟槽032的厚度；沟槽032的宽度为100μm～300μm，沟槽032的深度为50μm～200μm。
本实施例中，工作电极的制备方法包括：
A.在基体上镀一层铬和一层金；
B.蚀刻金层和铬层，制作包含工作电极、焊盘及连接工作电极和焊盘的电路；
C.沉积一层聚对二甲苯；
D.蚀刻电极和焊盘上的聚对二甲苯层，露出工作电极和焊盘；工作电极包括Na+传感器电极、K+传感器电极和PVB电极；PVB电极作为Na+传感器电极、K+传感器电极的参比电极。
本实施例中，凝胶载板1另一个端面设置有第二吸水材料8，第二吸水材料8与凝胶凝胶7通过第三吸水材料9连通。
实施例二
请参阅图2。
一种双芯片汗液传感器，包括载板1，载板1上设置有信号处理芯片2和电极芯片3，电极芯片3设置有工作电极31、参比电极32和外联焊盘33，外联焊盘33包括工作极外联焊盘和参比极外联焊盘，工作电极31与工作极外联焊盘通过导电线路连接，参比电极32与参比极外联焊盘通过导电线路连接；
外联焊盘33与信号处理芯片2上的焊盘通过引线键合工艺连接，信号处理芯片2上的另外的焊盘通过引线键合工艺连接载板1上的焊盘；
电极芯片3和信号处理芯片2通过封装胶4封装在载板1上，工作电极31的头部漏出封装胶4。
本实施例中，还包括毛细片5，毛细片5设置有第一毛细孔51；
毛细片5设置于封装胶4的上部，第一毛细孔51和工作电极31之间为汗液反应空间6，汗液反应空间6通过第一毛细孔51连通至毛细片5的另一个端面。
本实施例中，工作电极31为环形电极，工作电极31的中部设置有电极穿孔34，载板1设置有第二毛细孔11，第一毛细孔51、汗液反应空间6、电极穿孔34和第二毛细孔11依次连通。形成汗液流通的微通道，能够是的工作电极31始终处在新鲜的汗液环境中，能够获得真实有效的汗液参数。
本实施例中，电极穿孔34位于工作电极31的中部，电极穿孔34为绝缘孔。
实施例三
请参阅图3。
一种双芯片汗液传感器，包括载板1，载板1上设置有信号处理芯片2和电极芯片3，电极芯片3设置有工作电极31、参比电极32和外联焊盘33，外联焊盘33包括工作极外联焊盘和参比极外联焊盘，工作电极31与工作极外联焊盘通过导电线路连接，参比电极32与参比极外联焊盘通过导电线路连接；
外联焊盘33与信号处理芯片2上的焊盘通过引线键合工艺连接，信号处理芯片2上的另外的焊盘通过引线键合工艺连接载板1上的焊盘；
电极芯片3和信号处理芯片2通过封装胶4封装在载板1上，工作电极31的头部漏出封装胶4。
本实施例中，还包括毛细片5，毛细片5设置有第一毛细孔51；
毛细片5设置于封装胶4的上部，第一毛细孔51和工作电极31之间为汗液反应空间6，汗液反应空间6通过第一毛细孔51连通至毛细片5的另一个端面。
本实施例中，工作电极31为环形电极，工作电极31的中部设置有电极穿孔34，载板1设置有第二毛细孔11，第一毛细孔51、汗液反应空间6、电极穿孔34和第二毛细孔11依次连通。形成汗液流通的微通道，能够是的工作电极31始终处在新鲜的汗液环境中，能够获得真实有效的汗液参数。
本实施例中，电极穿孔34位于工作电极31的中部，电极穿孔34为导电孔。
本实施例中，电极穿孔34为导电孔，电极穿孔34的底部周侧为芯片焊盘，芯片焊盘为环形焊盘，电极穿孔34通过芯片焊盘焊接至载板焊盘，载板焊盘为环形焊盘，载板焊盘位于第二毛细孔11的周侧。
本实施例中，信号处理芯片2的厚度小于电极芯片3的厚度。
实施例四
请参阅图4和图5。
一种双芯片汗液传感器，包括载板1，载板1上设置有信号处理芯片2和电极芯片3，电极芯片3设置有工作电极31、参比电极32和外联焊盘33，外联焊盘33包括工作极外联焊盘和参比极外联焊盘，工作电极31与工作极外联焊盘通过导电线路连接，参比电极32与参比极外联焊盘通过导电线路连接；
外联焊盘33与信号处理芯片2上的焊盘通过引线键合工艺连接，信号处理芯片2上的另外的焊盘通过引线键合工艺连接载板1上的焊盘；
电极芯片3和信号处理芯片2通过封装胶4封装在载板1上，工作电极31的头部漏出封装胶4。
本实施例中，还包括毛细片5，毛细片5设置有第一毛细孔51；
毛细片5设置于封装胶4的上部，第一毛细孔51和工作电极31之间为汗液反应空间6，汗液反应空间6通过第一毛细孔51连通至毛细片5的另一个端面。
本实施例中，工作电极31为环形电极，工作电极31的中部设置有电极穿孔34，载板1设置有第二毛细孔11，第一毛细孔51、汗液反应空间6、电极穿孔34和第二毛细孔11依次连通。
本实施例中，电极穿孔34位于工作电极31的中部，电极穿孔34为导电孔。
本实施例中，电极穿孔34为导电孔，电极穿孔34的底部周侧为芯片焊盘，芯片焊盘为环形焊盘，电极穿孔34通过芯片焊盘焊接至载板焊盘，载板焊盘为环形焊盘，载板焊盘位于第二毛细孔11的周侧。
本实施例中，电极芯片3包括台面031、沟槽032和从台面031向沟槽032过渡的斜坡033；
沟槽032设置在台面031的侧部；
工作电极31设置于台面031上，外联焊盘33设置于沟槽032上，连接工作电极31与外联焊盘33的导电线路部分位于斜坡033上。
本实施例中，信号处理芯片2的厚度小于沟槽032的厚度。
本实施例中，沟槽032的宽度为100μm～300μm，沟槽032的深度为50μm～200μm。
本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。