一种柔性葡萄糖传感器及其制备方法

本申请属于生物传感器，特别是涉及一种柔性葡萄糖传感器及其制备方法。

背景技术：

1、糖尿病是一个全球性的公共卫生问题。这种代谢紊乱由胰岛素缺乏和高血糖引起，该疾病是世界上人口死亡和残疾的主要原因之一。准确快速检测生物环境中葡萄糖浓度对人类健康至关重要。有机电化学晶体管(oect)展示出其高灵敏度、低成本和高性能的特点，并且具有柔性和简单的制造工艺。作为otft的一种重要类型，有机电化学晶体管(oect)已成为最先进传感器平台的潜在候选者。有机电化学晶体管(oect)已广泛用作生物和化学传感器，用于检测ph、离子、乳酸、多巴胺、尿酸、dna、细胞和蛋白质。oect由金属源极和漏极触点、导电聚合物沟道、与沟道直接接触的水性或凝胶电解质以及浸入电解质中的栅电极组成。oect的操作依赖于活性沟道材料的电化学掺杂/脱掺杂，这是由于栅极偏压驱动电解质离子注入引起的。oect已经实现了各种功能化配置，以扩展其在生物传感中的应用。葡萄糖传感器的灵敏度取决于从gox还原形式到栅极的电荷转移，以及oect的跨导。跨导可以由各种因素调节，包括器件配置(如宽-长比)、薄膜厚度和体积电容和迁移率等特性。由于oect葡萄糖传感器的工作环境要求为水环境，只有少数导电聚合物在这方面表现出良好的性能。典型的oect沟道材料是导电聚合物，掺杂有聚苯乙烯磺酸盐(pedot:pss)的聚3，4-乙烯二氧噻吩，zhu等人和macaya等人证明了基于pedot:pss的oect用于葡萄糖传感，检测限在um范围内。通过将葡萄糖氧化酶固定在oect活性区域来检测葡萄糖浓度。

2、目前大多数葡萄糖传感器都是基于p型半导体聚合物pedot:pss为活性材料开发的，且大多数都采用了au，ni，pt等贵金属元素做电极或催化剂，制作工艺普遍为真空蒸镀和化学沉积法，价格昂贵，工艺复杂，成本难以控制，阻碍了葡萄糖传感器的发展。

技术实现思路

1、1.要解决的技术问题

2、基于目前大多数葡萄糖传感器都是基于p型半导体聚合物pedot:pss为活性材料开发的，且大多数都采用了au，ni，pt等贵金属元素做电极或催化剂，制作工艺普遍为真空蒸镀和化学沉积法，价格昂贵，工艺复杂，成本难以控制的问题，本申请提供了一种柔性葡萄糖传感器及其制备方法。

3、2.技术方案

4、为了达到上述的目的，本申请提供了一种柔性葡萄糖传感器，包括依次层叠的基底、有机电化学晶体管和绝缘层，所述有机电化学晶体管包括电极和沟道，所述电极包括银浆导电层和碳浆覆盖层，所述基底、所述银浆导电层、所述碳浆覆盖层和所述绝缘层依次层叠，所述电极包括栅极、源极和漏极，所述源极与所述沟道一端连接，所述漏极连与所述沟道另一端连接，所述沟道上设置有n型有机半导体材料聚苯并咪唑并苯并菲咯啉薄膜，所述栅极包括检测区，所述检测区采用葡萄糖氧化酶、壳聚糖和二茂铁的混合液进行修饰。

5、本申请提供的另一种实施方式为：所述基底为pet基底、pen基底，相纸基底或者pi基底。

6、本申请提供的另一种实施方式为：所述n型有机半导体材料聚苯并咪唑并苯并菲咯啉薄膜为有机电化学晶体管的活性层。

7、本申请还提供一种所述柔性葡萄糖传感器的制备方法，所述方法包括将银浆通过网版印刷在柔性pet基底上形成银电路，待银浆在室温干燥之后再印刷一层碳浆，使得碳浆完全覆盖银电路分别形成栅极、源极和漏极，并在室温下晾干；在所述碳浆上喷涂绝缘层，在所述绝缘层上切割出沟道，在所述沟道上喷涂n型有机半导体材料聚苯并咪唑并苯并菲咯啉薄膜，用氧化酶，壳聚糖和二茂铁的混合液对栅极进行修饰。

8、本申请提供的另一种实施方式为：所述银电路宽为1.5mm。

9、本申请提供的另一种实施方式为：所述绝缘层通过将绝缘材料均匀喷涂在电路表面形成绝缘层，并在120度加热30min使绝缘层固化。

10、本申请提供的另一种实施方式为：所述沟道长为70um，宽长比为1：20。

11、本申请提供的另一种实施方式为：所述n型有机半导体材料聚苯并咪唑并苯并菲咯啉薄膜制备包括将异丙醇作为溶剂，配制0.5mg/ml的bbl溶液，并超声1h，将所述溶液均匀的喷涂在所述沟道区域，并在120℃下加热30min后进行退火，在沟道区域形成bbl薄膜。

12、本申请提供的另一种实施方式为：所述葡萄糖氧化酶、壳聚糖和二茂铁的混合液制备包括用1wt％乙酸溶液作溶剂，配制10mg/ml壳聚糖溶液；用1xpbs溶液，ph＝7.2作溶剂，配制5mg/ml的葡萄糖氧化酶溶液，取70ul所述壳聚糖溶液和400ul所述葡萄糖氧化酶溶液混合，在1000rpmm搅拌30min后加入8mg二茂铁颗粒，并超声1h；用移液枪取适量所得溶液滴注在栅极，在冰箱中干燥72h备用。

13、本申请提供的另一种实施方式为：将所述二茂铁超声成细小颗粒均匀的分散在溶液中。

14、3.有益效果

15、与现有技术相比，本申请提供的柔性葡萄糖传感器及其制备方法的有益效果在于：

16、本申请提供的柔性葡萄糖传感器，使用n型聚合物聚苯并咪唑并苯并菲咯啉(bbl)作为半导体材料，相比掺杂有聚苯乙烯磺酸盐(pedot:pss)的聚3，4-乙烯二氧噻吩在水环境中性能表现的更加稳定，所采用的银浆，碳浆等材料价格便宜，丝网印刷相比真空蒸镀，磁控溅射等工艺成本低廉，可大批量制造，因此在满足人体血糖准确快速测量的前提下，能够简化葡萄糖传感器的制作工艺，控制生产成本。

17、本申请提供的柔性葡萄糖传感器，能够快速，准确的监测人体血糖，并且在制作工艺和材料选取上降低了成本，能够大批量生产，具有很大的市场潜力。

18、本申请提供的柔性葡萄糖传感器，将n型有机半导体材料聚苯并咪唑并苯并菲咯啉(bbl)应用在葡萄糖传感器中，由于bbl在水环境中出色的稳定性和柔性的pet基底，该葡萄糖传感器可长时间储存，并且方便携带。

19、本申请提供的柔性葡萄糖传感器的制备方法，采用的是银浆和碳浆，避免了贵金属的使用，有效的控制了生产成本，有利于该葡萄糖传感器的商品化。

技术特征：

1.一种柔性葡萄糖传感器，其特征在于：包括依次层叠的基底、有机电化学晶体管和绝缘层，所述有机电化学晶体管包括电极和沟道，所述电极包括银浆导电层和碳浆覆盖层，所述基底、所述银浆导电层、所述碳浆覆盖层和所述绝缘层依次层叠，所述电极包括栅极、源极和漏极，所述源极与所述沟道一端连接，所述漏极连与所述沟道另一端连接，所述沟道上设置有n型有机半导体材料聚苯并咪唑并苯并菲咯啉薄膜，所述栅极包括检测区，所述检测区采用葡萄糖氧化酶、壳聚糖和二茂铁的混合液进行修饰。

2.如权利要求1所述的柔性葡萄糖传感器，其特征在于：所述基底为pet基底、pen基底，相纸基底或者pi基底。

3.如权利要求2所述的柔性葡萄糖传感器，其特征在于：所述n型有机半导体材料聚苯并咪唑并苯并菲咯啉薄膜为有机电化学晶体管的活性层。

4.一种权利要求1～3中任一项所述柔性葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于：所述方法包括将银浆通过网版印刷在柔性pet基底上形成银电路，待银浆在室温干燥之后再印刷一层碳浆，使得碳浆完全覆盖银电路分别形成栅极、源极和漏极，并在室温下晾干；在所述碳浆上喷涂绝缘层，在所述绝缘层上切割出沟道，在所述沟道上喷涂n型有机半导体材料聚苯并咪唑并苯并菲咯啉薄膜，用氧化酶，壳聚糖和二茂铁的混合液对栅极进行修饰。

5.如权利要求4所述的柔性葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于：所述银电路宽为1.5mm。

6.如权利要求5所述的柔性葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于：所述绝缘层通过将绝缘材料均匀喷涂在电路表面形成绝缘层，并在120度加热30min使绝缘层固化。

7.如权利要求6所述的柔性葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于：所述沟道长为70um，宽长比为1：20。

8.如权利要求7所述的柔性葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于：所述n型有机半导体材料聚苯并咪唑并苯并菲咯啉薄膜制备包括将异丙醇作为溶剂，配制0.5mg/ml的bbl溶液，并超声1h，将所述溶液均匀的喷涂在所述沟道区域，并在120℃下加热30min后进行退火，在沟道区域形成bbl薄膜。

9.如权利要求8所述的柔性葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于：所述葡萄糖氧化酶、壳聚糖和二茂铁的混合液制备包括用1wt％乙酸溶液作溶剂，配制10mg/ml壳聚糖溶液；用1xpbs溶液，ph＝7.2作溶剂，配制5mg/ml的葡萄糖氧化酶溶液，取70ul所述壳聚糖溶液和400ul所述葡萄糖氧化酶溶液混合，在1000rpmm搅拌30min后加入8mg二茂铁颗粒，并超声1h；用移液枪取适量所得溶液滴注在栅极，在冰箱中干燥72h备用。

10.如权利要求8所述的柔性葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于：将所述二茂铁超声成细小颗粒均匀的分散在溶液中。

技术总结
本申请属于生物传感器技术领域，特别是涉及一种柔性葡萄糖传感器及其制备方法。目前大多数葡萄糖传感器价格昂贵，工艺复杂，成本难以控制。本申请提供了一种柔性葡萄糖传感器，包括依次层叠的基底、有机电化学晶体管和绝缘层，有机电化学晶体管包括电极和沟道，电极包括银浆导电层和碳浆覆盖层，基底、银浆导电层、碳浆覆盖层和绝缘层依次层叠，电极包括栅极、源极和漏极，源极与沟道一端连接，漏极连与沟道另一端连接，沟道上设置有N型有机半导体材料聚苯并咪唑并苯并菲咯啉薄膜，栅极包括检测区，检测区采用葡萄糖氧化酶、壳聚糖和二茂铁的混合液进行修饰。能够快速，准确的监测人体血糖，在制作工艺和材料选取上降低了成本，能够大批量生产。

技术研发人员：许凯,周刚
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15