一种基于三维石墨烯的葡萄糖传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于三维石墨烯的葡萄糖传感器，由柔性衬底、工作电极、对电极、参比电极以及绝缘层构成；工作电极由碳糊导线、碳糊工作电极和工作电极功能层组成；工作电极功能层由下至上由三维石墨烯、葡萄糖氧化酶、壳聚糖和戊二醛组成；对电极由碳糊导线和碳糊对电极组成；参比电极由银导线和银/氯化银电极组成。该传感器克服了现有常规乳酸传感器的不足，能够以经济环保、简单高效及质量可控的方式制得石墨烯葡萄糖传感器，且石墨烯纳米墙丰富的三维导电网络结构和巨大的比表面积等优点有效地提升了对乳酸检测的灵敏性和实时性，同时由于采用了柔性衬底，该传感器可广泛用于医疗监护和糖尿病患者对血糖的自我管理。
【专利说明】
一种基于三维石墨烯的葡萄糖传感器
技术领域
[〇〇〇1 ]本实用新型涉及一种葡萄糖传感器，具体涉及一种基于三维石墨稀的葡萄糖传感器。【背景技术】
[0002]糖尿病是一组由于胰岛素分泌缺陷和/或胰岛素作用障碍所致的以高血糖为特征的代谢性疾病。糖尿病已成为一个遍及全球的社会健康问题，已经成为继肿瘤、心脑血管疾病之后严重威胁人类健康的慢性疾病。长期的糖尿病会引起诸多的并发症，如心脏病、肾衰、失明和周围神经病等，而严格的、个性化的血糖控制可以明显地减少并发症的出现。近年来，葡萄糖生物传感器因携带方便、灵敏度高、选择性好、检测速度快、操作简单等特点备受关注。新近研究先后报道了用于人体血液葡萄糖含量监测的电化学传感器，但其制作过程复杂，工艺要求和成本高，精度低，生物相容性差，不能及时有效地反映乳酸含量的变化， 影响糖尿病患者对血糖的自我检测和控制。
[0003]2012年，重庆大学的Zhang Yuchan联合美国康涅狄格大学Yu Lei等人在 B1sensors and 13:[〇616〇1:1'〇11；[〇8杂志报道了一项用于人体血液葡萄糖检测的葡萄糖传感器(Zhang Y，Su L,Manuzzi D,de los Monteros HV,Jia ff,Huo D,Hou C,Lei Y.B1sens B1electron.2012; 31 (1): 426-32.)，该葡萄糖传感器是一种微型化的无酶葡萄糖传感器， 可用于血液中葡萄糖的检测，但是该传感器是以一维纳米材料铜纳米线为基材，其制备工艺较为复杂，电传导性和生物相容性较差，且葡萄糖检测特异性不强。
[0004]申请公布号为CN103033549A专利文件公开了一种石墨烯修饰的葡萄糖传感器及其制备方法，该传感器是是由葡萄糖氧化酶和辣根过氧化物酶共同构建的双酶葡萄糖传感器，可测量葡萄糖含量，但是该材料依然属于二维的碳颗粒/碳纤维为基材的葡萄糖传感器，其电传导性、生物相容性依然有局限性，传感器本身拉伸性差，且双酶体系的构建不仅工艺复杂而且成本较高。同时该专利采用的是氧化或羧基化的石墨烯，材料本身由于其结构缺陷，导致其电子传输速度不高，影响传感器的效率。【实用新型内容】
[0005]有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于三维石墨烯的葡萄糖传感器，克服现有葡萄糖传感器普遍存在的人体侵入性、生物相容性差、工艺要求和成本高、精度低等问题，可广泛用于医疗监护和糖尿病患者对血糖的自我管理。
[0006]本实用新型采用三维石墨烯作为葡萄糖传感器的工作电极功能层，而葡萄糖传感器的灵敏度与工作电极功能层的比表面积具有直接关系，比表面积越大，器件的灵敏度会越高，石墨烯纳米墙是三维结构，比表面积大，葡萄糖氧化酶负载成功量高，而且其结构稳定，同时三维石墨烯作为一种多层的石墨烯具有导电性能好、电学性能稳定等特点，是制备生物电化学传感器的优选材料，因此以三维石墨烯为基础制备的葡萄糖传感器具有灵敏度高、测量精度高、稳定性高、生物相容性强、工艺流程简单等优点，可广泛用于医疗监护和糖尿病患者对血糖的自我管理。
[0007]本实用新型所涉及的一种基于三维石墨烯的葡萄糖传感器，由柔性衬底、工作电极、对电极、参比电极以及覆盖电极表面的绝缘浆料构成；
[0008]所述柔性衬底为PET或聚氨酯弹性体为基材的柔性聚合物；
[0009]所述工作电极由碳糊导线、碳糊工作电极和工作电极功能层组成；工作电极功能层由三维石墨烯和酶功能层共同组成;酶功能层从下往上依次由葡萄糖氧化酶溶液、壳聚糖溶液、戊二醛溶液涂覆而成；[0010 ]所述对电极是由碳糊导线和碳糊对电极共同组成；
[0011]所述参比电极是由银导线和银/氯化银电极共同组成。
[0012]进一步，所述葡萄糖氧化酶溶液浓度为100-800iu/ml，所述壳聚糖溶液浓度为 0 ? 3-3 ? 5 %，所述戊二醛溶液浓度为0 ? 25-2 ? 0 %。[〇〇13]与现有技术相比，本实用新型提供的基于三维石墨烯的葡萄糖传感器的有益效果在于:克服了现有常规葡萄糖传感器的不足，能够以经济环保、简单高效及质量可控的方式制得石墨烯葡萄糖传感器，且石墨烯纳米墙丰富的三维导电网络结构和巨大的比表面积等优点有效地提升了对葡萄糖检测的灵敏性和实时性，同时由于采用了柔性衬底，该传感器可广泛用于医疗监护和糖尿病患者对血糖的自我管理。【附图说明】
[0014]图1是本实用新型设计的丝网印刷电极示意图；
[0015]图2是在图1基础上添加了工作电极功能层之后的电极示意图；[0〇16]图3是在图2基础上印刷绝缘衆料之后的完整电极不意图；
[0017]图4是工作电极功能层的组成结构示意图；
[0018]以上各图中各个标记所对应的名称分别为:1为柔性衬底;2为银导线；3和4为银/ 氯化银电极;5为工作电极功能层;6和7为碳糊工作电极;8和11为碳糊导线;9和10为碳糊对电极;12为绝缘层；13为戊二醛溶液;14为壳聚糖溶液;15为葡萄糖氧化酶溶液;16为三维石墨稀。【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0020]实施例1
[0021]本实施例提供一种基于三维石墨烯的葡萄糖传感器，该葡萄糖传感器的结构示意图如附图1 -4所示，由柔性PET衬底1、工作电极、对电极、参比电极和覆盖电极表面的绝缘层 12构成。工作电极由碳糊导线8、碳糊工作电极6和7以及工作电极功能层5组成;工作电极功能层5从下至上依次由三维石墨烯16、浓度为100IU/mL的葡萄糖氧化酶溶液15、浓度为 0.3%的壳聚糖溶液14以及浓度为0.25 %戊二醛溶液13涂覆而成。对电极由碳糊导线11、碳糊对电极9和10组成。参比电极由银导线2、银/氯化银电极3和4共同组成。[〇〇22] 实施例2[〇〇23]本实施例提供一种基于三维石墨烯的葡萄糖传感器，该葡萄糖传感器由材料为聚氨酯弹性体为衬底1、工作电极、对电极、参比电极和覆盖电极表面的绝缘层12构成。工作电极由碳糊导线8、碳糊工作电极6和7以及工作电极功能层5组成;工作电极功能层5从下至上依次由三维石墨烯16、浓度为100 IU/mL的葡萄糖氧化酶溶液15、浓度为0.3 %的壳聚糖溶液 14以及浓度为0.25 %戊二醛溶液13涂覆而成。对电极由碳糊导线11、碳糊对电极9和10组成。参比电极由银导线2、银/氯化银电极3和4共同组成。[〇〇24] 实施例3[〇〇25]本实施例提供一种基于三维石墨烯的葡萄糖传感器，该葡萄糖传感器由柔性PET 衬底1、工作电极、对电极、参比电极和覆盖电极表面的绝缘层12构成。工作电极由碳糊导线 8、碳糊工作电极6和7以及工作电极功能层5组成;工作电极功能层5从下至上依次由三维石墨烯16、浓度为200IU/mL或400IU/mL或800IU/mL的葡萄糖氧化酶溶液15、浓度为0.3%的壳聚糖溶液14以及浓度为0.25 %戊二醛溶液13涂覆而成。对电极由碳糊导线11、碳糊对电极9 和10组成。参比电极由银导线2、银/氯化银电极3和4共同组成。
[0026] 实施例4[〇〇27]本实施例提供一种基于三维石墨烯的葡萄糖传感器，该葡萄糖传感器由柔性PET 衬底1、工作电极、对电极、参比电极和覆盖电极表面的绝缘层12构成。工作电极由碳糊导线 8、碳糊工作电极6和7以及工作电极功能层5组成;工作电极功能层5从下至上依次由三维石墨烯16、浓度为100IU/mL的葡萄糖氧化酶溶液15、浓度为1.0%或2.0%或3.5%的壳聚糖溶液14以及浓度为0.25 %戊二醛溶液13涂覆而成。对电极由碳糊导线11、碳糊对电极9和10 组成。参比电极由银导线2、银/氯化银电极3和4共同组成。
[0028] 实施例5[〇〇29]本实施例提供一种基于三维石墨烯的葡萄糖传感器，该葡萄糖传感器由柔性PET 衬底1、工作电极、对电极、参比电极和覆盖电极表面的绝缘层12构成。工作电极由碳糊导线 8、碳糊工作电极6和7以及工作电极功能层5组成;工作电极功能层5从下至上依次由三维石墨烯16、浓度为100IU/mL的葡萄糖氧化酶溶液15、浓度为0.3%的壳聚糖溶液14以及浓度为 0.5%或1.0%或2.0%的戊二醛溶液13涂覆而成。对电极由碳糊导线11、碳糊对电极9和10 组成。参比电极由银导线2、银/氯化银电极3和4共同组成。
【主权项】
1.一种基于三维石墨烯的葡萄糖传感器，由柔性衬底、工作电极、对电极、参比电极以 及覆盖电极表面的绝缘浆料构成，其特征在于:所述柔性衬底为PET或聚氨酯弹性体为基材的柔性聚合物；所述工作电极由碳糊导线、碳糊工作电极和工作电极功能层组成；工作电极功能层由 三维石墨烯和酶功能层共同组成;酶功能层从下往上依次由葡萄糖氧化酶溶液、壳聚糖溶 液、戊二醛溶液涂覆而成；所述对电极是由碳糊导线和碳糊对电极共同组成；所述参比电极是由银导线和银/氯化银电极共同组成。2.根据权利要求1所述的葡萄糖传感器，其特征在于:所述葡萄糖氧化酶溶液浓度为 100-800IU/ml，所述壳聚糖溶液浓度为0.3-3.5 %，所述戊二醛溶液浓度为0.25-2.0 %。
【文档编号】G01N27/26GK205607915SQ201620240112
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】孙泰, 陈前伟, 魏大鹏, 于乐泳, 杨俊 , 胡云, 史浩飞, 杜春雷
【申请人】中国科学院重庆绿色智能技术研究院