微米尺度葡萄糖傳感器微電極的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及檢測儀器領域，特別是涉及一種微米尺度葡萄糖傳感器微電極。本實用新型提供一種微米尺度葡萄糖傳感器微電極，包括基底、工作電極、對電極，所述基底的前部為工作區域，所述工作電極、對電極位于所述基底的工作區域上，所述工作區域的橫截面的最大直徑≤1毫米，所述基底的尾部設有與各電極一一對應的PAD，所述工作電極、對電極均通過導線與其對應的PAD連接。本實用新型通過在平面或柱狀的絕緣基底上合理的分布各個電極，同時限制電極的寬度或柱狀電極的截面直徑有效減小電極體積，從而降低受體的排異反應。
【專利說明】微米尺度葡萄糖傳感器微電極
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及檢測儀器領域，特別是涉及一種微米尺度葡萄糖傳感器微電極。【背景技術】
[0002]第一類傳統血糖監測儀是有創測量儀器，其方法是指尖血測量檢驗，第二類是無創血糖檢測儀，包括皮下組織間液葡萄糖檢測儀和光譜分析血糖儀，第三類是連續式血糖監測儀，通常該類血糖儀是通過在細針頭的前端加上一個葡萄糖傳感器，植入皮下組織，利用所含的葡萄糖氧化酶測定皮下組織間液中氧的消耗量或氫氧離子的產生量，借此轉換成葡萄糖值。
[0003]在連續血糖測量系統中，葡萄糖傳感器是至關重要的，研究表明，通過植入式葡萄糖傳感器進行在體葡萄糖連續檢測是可行的，考慮到使用的便利，安全性和可靠性，傳感器的植入應選擇在皮下用于植入生物體可連續測量化學成分的傳感器，并且必須滿足其相應的生物體特性，這些特性都與傳感器的生物兼容性有關，在有植入體植入的情況下，活體組織或器官都會有組織反映和受體反映，這就意味著傳感器不但要有對需檢測的化學物有特異的選擇性，而且在植入組織后相對長的時間內有良好的穩定性和對被測物濃度快速變化的檢測能力即良好的響應時間特性。
[0004]電極系統作為傳感器檢測的基礎，很大程度上決定了傳感器的性能和檢測效果。以往使用的傳統大小的電極因為體積相對較大，在植入期間，對人體組織的刺激性較大，導致比較嚴重的排異反應，改變測試環境，進而影響電極的檢測結果。因此，采用小體積的電極系統，成為了發展的趨勢，在降低電極體積的同時，常常因為電極有效面積的降低而引起電信號強度較低，為了得到較高的檢測靈敏度，需要對電極表面進行修飾改性，提高響應活性，實現低濃度下的待測物檢測
實用新型內容
[0005]鑒于以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種微米尺度葡萄糖傳感器微電極，用于解決現有技術中的問題。本實用新型通過在平面或柱狀的絕緣基底上合理的分布各個電極，同時限制電極的寬度或柱狀電極的截面直徑有效減小電極體積，從而降低受體的排異反應。并進一步在在電極表面修飾電活性物質如碳納米管和納米金改善電極的響應性能。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種微米尺度葡萄糖傳感器微電極，包括基底、工作電極、對電極，所述基底的前部為工作區域，所述工作電極、對電極位于所述基底的工作區域上，所述工作區域的橫截面的最大直徑< I毫米，所述基底的尾部設有與各電極——對應的PAD (引腳)，所述工作電極、對電極均通過導線與其對應的PAD連接。
[0007]優選的，所述微米尺度葡萄糖傳感器微電極為雙面式結構，其基底的工作區域為平板型，還包括參比電極，所述對電極和參比電極位于基底的工作區域的一個平面上，工作電極位于基底的工作區域的另一個平面上，對電極的面積為參比電極的3倍。對電極和參比電極可前后或者并排放置于工作區域表面。
[0008]更優選的，還包括輔助電極，所述輔助電極和工作電極位于同一平面上，輔助電極和工作電極的面積相等。所述輔助電極亦通過導線與其對應的PAD連接。輔助電極和工作電極可前后或者并排放置于工作區域表面。
[0009]雙面式微電極充分利用基底的工作區域的上下兩面，有效面積更大，信號靈敏度更高。
[0010]優選的，所述各電極為長方形，各電極的寬度為0.01?I毫米。
[0011]更優選的，工作區域的寬度與電極的總寬度相對應。
[0012]優選的，所述各電極的面積為0.1-2_2。
[0013]優選的，絕緣基底厚度為0.01?0.8毫米。
[0014]優選的，所述微米尺度葡萄糖傳感器微電極為階梯型多層結構，還包括參比電極、第一絕緣層和第二絕緣層，所述第一絕緣層位于所述基底上，所述第一絕緣層的長度短于基底，所述第二絕緣層位于第一絕緣層上，所述第二絕緣層的長度短于第一絕緣層，所述第一絕緣層、第二絕緣層、基底的尾部重合，所述第一絕緣層、第二絕緣層、基底的前部構成階梯型的三層結構，所述工作電極、參比電極和對電極分別位于階梯型的三層結構的不同平面上。
[0015]優選的，所述各電極為長方形，各電極的寬度為0.01?I毫米。
[0016]優選的，所述各電極的面積為0.1-2_2。
[0017]優選的，絕緣基底、第一絕緣層、第二絕緣層的厚度為0.01?0.8毫米；優選為0.01-0.2 毫米。
[0018]工作電極、對電極和參比電極分別分布在基底和絕緣層上，暴露在外部環境中。各個電極通過分布在一個平面上的金導線與接口 PAD連接，金導線的一部分與電極接觸，而導線主體部分位于絕緣層之下，優選情況下將金導線置于絕緣層之下，可以有效的保護導線部分。同時，將各個電極在不同平面上分布，一方面將電極的間距拉大，降低了電極表面微環境相互之間的影響，同時階梯狀的電極分布可以有效抑制人體反應對電極響應的干擾；另一方面，將電極分布在不同平面上，在各個電極有效面積不變的前提下，可以進一步降低整個電極的寬度。多層式微電極的電極總寬度有望在平面式微電極基礎上降低一半左右。
[0019]優選的，所述微米尺度葡萄糖傳感器微電極為環狀結構，其基底的工作區域為圓柱型或錐形，還包括參比電極，各電極均以環狀分布在工作區域上。
[0020]更優選的，還包括輔助電極，所述輔助電極亦以環狀分布在工作區域上。
[0021]更優選的，當基底的工作區域為圓柱型時，圓柱型的直徑0.1-1毫米；優選為
0.2~0.8 暈米。
[0022]優選的，所述各電極的面積為0.l-10mm2。
[0023]環狀結構的微電極平滑的基底形狀降低了平面電極的銳利邊緣對人體組織的刺激性，有利于降低人體排異反應，實現植入式長期檢測。
[0024]優選的，所述微米尺度葡萄糖傳感器微電極為螺旋結構，其基底的工作區域為圓柱型或錐形，還包括參比電極，所述工作電極、對電極和參比電極中的任意一個為絲狀，且以螺旋形式均勻纏繞在基底的工作區域周圍，其余兩個電極以環狀分布在工作區域上。
[0025]優選的，所述微米尺度葡萄糖傳感器微電極為螺旋結構，其基底的工作區域為圓柱型或錐形，還包括參比電極和輔助電極，將工作電極、對電極、輔助電極和參比電極中的任意一個為絲狀，且以螺旋形式均勻纏繞在基底的工作區域周圍，其余三個電極以環狀分布在工作區域上。
[0026]優選的，所述各電極的面積為0.l-10mm2。
[0027]更優選的，所述螺圈的內徑為0.2~I毫米，所述基底的工作區域的直徑為^ 0.1mm,且< Imnin
[0028]更優選的，將參比電極為絲狀，且以螺旋形式均勻纏繞在基底的工作區域周圍，其余電極以環狀分布在工作區域上，參比電極的位置與其余電極的位置相對應，且參比電極不與其余電極接觸。 [0029]螺旋狀微電極將電極以螺旋狀纏繞在絕緣基底周圍，大大增大電極反應面積，有助于提聞電流響應強度。
[0030]優選的，所述導線為金導線，且均位于所述基底內部。
[0031]所述微米尺度葡萄糖傳感器微電極的本實用新型中“微電極”定義為在兩維截面上的尺寸或直徑在0.01~I毫米范圍內。對于微電極的長度不進行進一步限定。
[0032]優選的，所述微米尺度葡萄糖傳感器微電極的總長度為0.5-8cm;優選為
1.5-4.5cm。
[0033]本實用新型所使用的基底為具有優異絕緣性能的材料，主要來自無機非金屬陶瓷，氧化硅玻璃和有機高聚物等，同時考慮到植入式電極的應用環境，要求基底材料具有高的不透水性和高機械強度。
[0034]優選的，所述基底的材料選自聚四氟乙烯(Teflon)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亞胺(PI)等中的一種或多種的組合。
[0035]對于工作電極和對電極，本實用新型采用具有良好導電性和強化學惰性的材料作為電極材料。
[0036]優選的，所述對電極選自石墨電極、玻碳電極、貴金屬電極等中的一種。
[0037]優選的，所述工作電極選自石墨電極、玻碳電極、貴金屬電極等中的一種。
[0038]考慮到良好的延展性和表面結構的穩定性的要求，貴金屬電極如金電極、鉬電極、銀電極等成為較好的選擇。
[0039]進一步優選的，所述工作電極和對電極均為鉬電極。
[0040]優選的，所述參比電極選自氯化銀/銀電極或甘汞電極中的一種。
[0041]優選的，所述各電極的厚度為0.1~200納米；優選為I~10納米。
[0042]優選的，所述各電極表面設有碳納米管層修飾層。利用碳納米管特有的機械強度、高比表面積、快速電子傳遞效應和化學穩定性，在已成型的電極表面，通過物理吸附、包埋或者共價鍵和等方式，將碳納米管修飾到電極表面以提高電子傳遞速度，同時由于其比表面積大能夠作為一種優良的催化劑(酶)載體。所述碳納米管層修飾層可通過Nafion溶液分散法、共價固定法等固定于電極表面。
[0043]優選的，所述電極表面還設有生物酶修飾層。所述生物酶(優選為葡萄糖氧化酶)修飾層可通過多聚賴氨酸固定于電極表面。
[0044]優選的，所述各電極表面設有納米金修飾層。本實用新型的電極表面修飾還可以是利用納米金良好的生物共容性及不會破壞生物體內酶及蛋白質的活性的特性，在已成型的電極表面，通過共價交聯等方式將納米金修飾到電極表面。所述納米金修飾層可通過電還原法、溶膠-凝膠法等固定于電極表面。
[0045]本實用新型中的微電極體系可分為三電極體系和兩電極體系，其中三電極體系為一根對電極，一根參比電極和至少一根工作電極，而兩電極體系則為一根對電極和至少一根工作電極。此外，本實用新型按照工作電極的數量，也可分為兩種情況:I)單工作電極:工作電極只有一根；2)雙工作電極:工作電極有兩根，其中一根與待檢測物質發生電氧化還原，產生電信號，稱為“工作電極”；另一根則通常負責檢測干擾物或者背景溶液的響應信號，稱之為“輔助電極”。上述各種電極組成方式均有其獨特的優勢，其中三電極體系因為多出一跟參比電極，因此可以有效的控制檢測電位，防止出現電位漂移的情況；而兩電極體系則結構更簡單，制作成本更低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1是本實用新型微米尺度葡萄糖傳感器微電極的雙面式微電極俯視圖的正面圖
[0047]圖2是本實用新型微米尺度葡萄糖傳感器微電極的雙面式微電極俯視圖的背面圖。
[0048]圖3是本實用新型微米尺度葡萄糖傳感器微電極的多層式微電極的俯視圖。
[0049]圖4是本實用新型微米尺度葡萄糖傳感器微電極的多層式微電極的側視圖。
[0050]圖5是本實用新型微米尺度葡萄糖傳感器微電極的環狀微電極的俯視圖。
[0051]圖6是本實用新型微米尺度葡萄糖傳感器微電極的螺旋狀微電極的俯視圖。
[0052]元件標號說明
[0053]
【權利要求】
1.一種微米尺度葡萄糖傳感器微電極，包括基底、工作電極、對電極，其特征在于，所述基底的前部為工作區域，所述工作電極、對電極位于所述基底的工作區域上，所述工作區域的橫截面的最大直徑< I毫米，所述基底的尾部設有與各電極一一對應的PAD，所述工作電極、對電極均通過導線與其對應的PAD連接。
2.如權利要求1所述的一種微米尺度葡萄糖傳感器微電極，其特征在于，所述微米尺度葡萄糖傳感器微電極為雙面式結構，其基底的工作區域為平板型，還包括參比電極，所述對電極和參比電極位于基底的工作區域的一個平面上，工作電極位于基底的工作區域的另一個平面上。
3.如權利要求1所述的一種微米尺度葡萄糖傳感器微電極，其特征在于，所述微米尺度葡萄糖傳感器微電極為階梯型多層結構，還包括參比電極、第一絕緣層和第二絕緣層，所述第一絕緣層位于所述基底上，所述第一絕緣層的長度短于基底，所述第二絕緣層位于第一絕緣層上，所述第二絕緣層的長度短于第一絕緣層，所述第一絕緣層、第二絕緣層、基底的尾部重合，所述第一絕緣層、第二絕緣層、基底構成階梯型的三層結構，所述工作電極、參比電極和對電極分別位于階梯型的三層結構的不同平面上。
4.如權利要求1所述的一種微米尺度葡萄糖傳感器微電極，其特征在于，所述微米尺度葡萄糖傳感器微電極為環狀結構，其基底的工作區域為圓柱型或錐形，還包括參比電極，各電極均以環狀分布在工作區域上。
5.如權利要求1所述的一種微米尺度葡萄糖傳感器微電極，其特征在于，所述微米尺度葡萄糖傳感器微電極為螺旋結構，其基底的工作區域為圓柱型或錐形，還包括參比電極，所述工作電極、對電極和參比電極中的任意一個為絲狀，且以螺旋形式均勻纏繞在基底的工作區域周圍，其余兩個電極以環狀分布在工作區域上。
6.如權利要求1所述的一種微米尺度葡萄糖傳感器微電極，其特征在于，所述微米尺度葡萄糖傳感器微電極為螺旋結構，其基底的工作區域為圓柱型或錐形，還包括參比電極和輔助電極，所述工作電極、對電極、輔助電極和參比電極中的任意一個為絲狀，且以螺旋形式均勻纏繞在基底的工作區域周圍，其余三個電極以環狀分布在工作區域上。
7.如權利要求1所述的一種微米尺度葡萄糖傳感器微電極，其特征在于，所述對電極選自石墨電極、玻碳電極、貴金屬電極等中的一種。
8.如權利要求1所述的一種微米尺度葡萄糖傳感器微電極，其特征在于，所述工作電極選自石墨電極、玻碳電極、貴金屬電極等中的一種。
9.如權利要求2-6任一權利要求所述的一種微米尺度葡萄糖傳感器微電極，其特征在于，所述參比電極選自氯化銀/銀電極或甘汞電極中的一種。
【文檔編號】A61B5/1486GK203555741SQ201320570566
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】不公告發明人 申請人:上海移宇科技有限公司