一种柔性电化学传感器的制备方法与应用

本发明属于电化学检测，具体涉及一种柔性电化学传感器的制备方法与应用。

背景技术：

1、体外细胞培养对细胞生理学的研究做出了巨大贡献，但通常在二维平面进行。在二维平面上，细胞与培养基接触的表面积总是比与其他细胞接触的表面积大，这妨碍了对体内生理条件的准确描述，并扭曲了细胞的正常功能。近年来，三维细胞培养技术发展迅速，极大地推动了组织再生、生理学研究和药物筛选等领域的发展。三维细胞培养在二维模型和体内模型之间建立了桥梁，该方法不仅能较好地模拟体内微环境，而且具有成本低、省时、易控制的优点。

2、电化学技术具有灵敏度高、响应快、实验简单、成本低等特点，是实时监测生物信息的一种非常强大的工具。将电化学生物传感器与三维细胞培养相结合对于评估细胞生物学的生化反应至关重要。过氧化氢(h2o2)是细胞代谢中的主要活性氧簇之一，作为信号分子在信号转导、炎症、肿瘤发生和神经退行性损伤中发挥着重要的生物学功能。实时监测其在三维培养细胞中的释放有助于更深入地了解病理过程和分子机制。人们已经进行了一些尝试，以实时感知三维培养中细胞释放的生物分子。然而，这些研究使用平面电极进行试验，只有扩散到电极表面的生物信号分子才能被检测到。同时，在三维培养模型中，细胞到平面电极的长扩散距离会导致不稳定生物分子的显著重组或降解，从而导致不可靠的结果。

3、为解决以上问题，三维导电支架将成为实现实时传感和三维培养的优秀有效候选材料，聚氨酯海绵的表面及内部存在大量的孔隙，且具有良好的弹性，可作为三维支架，但是由于聚氨酯海绵优异的拉伸性能，在实际检测工作中难以控制其作为工作电极的基底时的工作区域。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种柔性电化学传感器的制备方法，柔性电化学传感器用于过氧化氢检测，具有良好的生物相容性、优异的拉伸性能和稳定的电化学传感性能。

2、为达到以上目的，本发明采取以下技术方案：一种柔性电化学传感器的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)将预处理后的聚氨酯海绵在导电碳浆分散液中浸泡，得到导电支架；

4、(2)将步骤(1)得到的导电支架浸泡在氯金酸水溶液中进行电化学沉积，得到金纳米结构层修饰导电支架；

5、(3)将步骤(2)得到的金纳米结构层修饰导电支架置于pdms底座的凹槽内，并用pdms浇灌将金纳米结构层修饰导电支架分隔出工作区域和夹持区域，得到工作电极。

6、(4)将步骤(3)得到的工作电极与电化学工作站、对电极、参比电极、电解池和电解液组装，工作区域浸入电解液，夹持区域与电化学工作站连接，得到柔性电化学传感器。

7、进一步地，步骤(1)中，所述聚氨酯海绵的密度为60ppi。

8、进一步地，步骤(1)中，所述预处理的方法为将聚氨酯海绵进行裁切，用超纯水和乙醇交替洗涤2～3次，在真空干燥箱中60℃下完成干燥。

9、进一步地，步骤(1)中，所述浸泡的次数为4～5次，每一次浸泡后，取出浸泡后的聚氨酯海绵在转速1000rpm下离心2min，之后在50℃下固化30min。

10、进一步地，步骤(1)中，所述导电碳浆分散液中导电碳浆与稀释剂的比例为1:4。

11、进一步地，步骤(2)中，所述的氯金酸水溶液浓度为10mm，所述电化学沉积为通过循环伏安法在-0.6～0.7v的电位范围内进行电沉积。

12、进一步地，步骤(3)中，pdms浇灌量为0.2ml。

13、进一步地，步骤(4)中，所述参比电极为ag/agcl丝，所述对电极为pt丝。

14、上述的制备方法制得的柔性电化学传感器。

15、上述的柔性电化学传感器在检测过氧化氢中的应用。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果：

17、(1)聚氨酯海绵作为支架置入pdms底座的凹槽中制备而成的工作电极，使用pdms底座可以有效固定工作区域，同时，pdms底座可以提供工作电极良好的可拉伸导电基底，满足后续细胞培养过程中的机械载荷研究；另外，聚氨酯海绵的特殊多孔结构可以为碳浆和纳米金修饰材料提供了丰富的活性位点，解决了聚氨酯海绵的绝缘问题。

18、(2)将工作电极设计成工作区域和夹持区域，夹持区域用于连接电化学工作站组装成柔性电化学传感器，一方面，工作区域可用于柔性电化学传感器长期三维培养细胞，可在细胞培养过程中实现营养物质和代谢产物的快速运输；另一方面，工作区域中采用电沉积纳米金对细胞内活性氧具有良好的电催化能力，作为支架的聚氨酯海绵具有优异的弹性，还提供了良好的机械稳定性，使柔性电化学传感器能够实时监测细胞在化学和机械载荷下的h2o2释放。

技术特征：

1.一种柔性电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚氨酯海绵的密度为60ppi。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预处理的方法为将聚氨酯海绵进行裁切，用超纯水和乙醇交替洗涤2～3次，在真空干燥箱中60℃下完成干燥。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述浸泡的次数为4～5次，每一次浸泡后，取出浸泡后的聚氨酯海绵在转速1000rpm下离心2min，之后在50℃下固化30min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述导电碳浆分散液中导电碳浆与稀释剂的比例为1:4。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的氯金酸水溶液浓度为10mm，所述电化学沉积为通过循环伏安法在-0.6～0.7v的电位范围内进行电沉积。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，pdms浇灌量为0.2ml。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述参比电极为ag/agcl丝，所述对电极为pt丝。

9.权利要求1～8所述的制备方法制得的柔性电化学传感器。

10.权利要求9所述的柔性电化学传感器在检测过氧化氢中的应用。

技术总结
本发明提供了一种柔性电化学传感器的制备方法与应用，属于电化学检测技术领域。该制备方法为：先将聚氨酯海绵在导电碳浆分散液中浸泡，得到导电支架；再将导电支架浸泡在氯金酸水溶液中进行电化学沉积，得到金纳米结构层修饰导电支架；然后将金纳米结构层修饰导电支架置于PDMS底座的凹槽内，并用PDMS浇灌将金纳米结构层修饰导电支架分隔出工作区域和夹持区域，得到工作电极；最后组装得到柔性电化学传感器。柔性电化学传感器用于过氧化氢检测，具有良好的生物相容性、优异的拉伸性能和稳定的电化学传感性能。

技术研发人员：霍晓磊,朱彩玲,于春梅
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15