植入型生物传感器及其制作方法与流程

本发明涉及生物传感器领域，具体涉及一种植入型生物传感器及其制作方法。

背景技术：

生物传感器是一种获取外界信息的装置和系统，是人类感官功能的弥补和延伸，它以生物活性物质作为敏感元件，在实现机理上更接近于生物体本身的感官系统，能够对所要检测的物质进行快速分析和追踪。生物传感器主要由两部分组成：产生信号的敏感组件和处理信号的辅助仪器。其中敏感组件是整个生物传感器的核心。敏感组件又包括两个部分：敏感元件和换能器。敏感元件是指对目标物进行选择性作用的生物活性单元，如具有选择特异性功能的酶、抗体、dna、核酸、细胞受体和完整细胞等。换能器是指能捕捉敏感元件与目标物之间的作用过程，并将其表达为物理信号的组件，主要有电化学器件、光学器件、热敏器件、声波器件、压电器件等。现有生物传感器的制作工艺均是针对某一特定检测项目而具有的专属性工艺方法，以可植入血糖监测传感器为例，当前用于血糖监测的传感器中通常采用第一代葡萄糖氧化酶电极，生产过程普遍复杂、自动化程度低，导致传感器价格居高不下。因此需要研究一种生产过程简单、自动化程度高的通用型生物传感器及其制作方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种植入型生物传感器及其制作方法，配合新的化学解决方案，制作过程复杂程度低、易于自动化生产，生产成本低。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种植入型生物传感器，包括柔性基底，柔性基底包括第一基面和第二基面；所述柔性基底的第一基面上设置有第一导电层，并形成有工作电极区域和参比电极区域，还设置有对应于工作电极区域的第一导电带和对应于参比电极区域的第二导电带，还设置有与外部电子设备连接的第一连接区域和第二连接区域，所述第一基面上还设置有绝缘涂层；

所述柔性基底的第二基面上设有第二导电层，第二基面上部分区域覆盖绝缘涂层后形成对电极区域及与外部电子设备连接的第三连接区域；传感器本体的可植入端高附有水凝胶层。柔性基底可以为pet薄膜、聚萘二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、聚氨酯或聚硅氧烷等。

所述柔性基底的第一基面上设置有两电极结构——工作电极和参比电极；所述柔性基底的第二基面上设置有第三电极对电极。各电极的电信号由导电带传值连接区域由外部电子设备进行采集。

一种植入型生物传感器的制作方法，包括如下内容：

在柔性基底的第一基面和第二基面上制作导电层；

在柔性基底的第二基面上部分印刷绝缘涂层，保留出对电极区域和相应的与外部电子设备的连接区域；

移除柔性基底第一基面上部分导电层，形成两电极构造及相应的导电带及与外部电子设备的连接区域；

在柔性基底的第一基面上印刷绝缘涂层，只暴露出电极区域及与外部电子设备的连接区域；

制作工作电极感应层；

制作参比电极；

通过激光切割出传感器本体的外形，形成具有特定形状的传感器本体；

在传感器本体的植入端包覆水凝胶层。

前述的一种植入型生物传感器的制作方法中，所述第一基面导电层的移除方式为激光刻蚀方式。

前述的一种植入型生物传感器的制作方法中，所述制作工作电极具体包括如下内容：

s051：根据导电层材料的选择进行表面功能化，使含酶高分子感应层可以供价交联在电极导电层表面。通过自组装单层膜可以把高分子感应层固定在金表面。

s052：在工作电极区域涂一层含有酶的高分子材料，此高分子结构中至少含有一种介质功能团，可以是铁、钌或锇的有机络合物；

此涂层中至少含有一种交联剂，此交联剂可以存在于高分子结构中，也可以为独立成分，其作用为通过光催化化学反应可以形成高分子网络结构。

s053：通过光催化使涂层交联形成高分子网络结构，且将此高分子网络供价固定在电极表面。配合光掩膜的使用，通过光催化交联可以进一步定义此感应涂层在电极区域的形状及面积。

s054：根据此工作电极感应层制备工艺，此感应层含有的酶可以在涂层前供价连接到高分子结构中，也可以在涂层后交联在高分子网络结构中。

与现有技术相比，本发明的制作方法不仅可以简单有效的将生物探测器所需要的酶(如葡萄糖氧化酶)通过高分子网络结构固定在工作电极区，且通过引用介质官能团能够有效传输酶反应产生的电流。本发明的制作方法适合在大面积的柔性基底上实现传感器的平面化大批量生产，从而显著降低生产成本。

附图说明

图1是本发明传感器的结构示意图，a为第一基面上结构示意图，b为第二基面上结构示意图；

图2是本发明中采用的一种长烷基链硫醇的结构式；

图3是本发明中采用的一种高分子共聚物的结构式。

附图标记：1-柔性基底，2-水凝胶层，3-绝缘涂层，4-第一导电带，5-第二导电带，6-对电极区域，7-第一连接区，8-工作电极区域，9-第二连接区域，10-参比电极区域，11-第三连接区域。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

实施例1：一种植入型生物传感器，如图1所示，包括柔性基底1，本例中，柔性基底1为pet薄膜。所述柔性基底1包括第一基面和第二基面，所述第一基面和第二基面均设置有绝缘涂层3；所述柔性基底1的第一基面上设置有第一导电层，并形成有工作电极区域8和参比电极区域10，还设置有对应于工作电极区域8的第一导电带4和对应于参比电极区域10的第二导电带5，还设置有与外部电子设备连接的第一连接区域7和第二连接区域9，所述第一基面上还设置有绝缘涂层3；柔性基底1的第二基面上设有第二导电层，第二基面上部分区域覆盖绝缘涂层后形成对电极区域6及与外部电子设备连接的第三连接区域11；传感器本体的可植入端高附有水凝胶层2。工作电极区域8表面固定有含酶的高分子网状结构，其所用的高分子结构中有介质官能团。高分子网络由交联官能团与高分子结构经过光催化反应形成。

实施例2：植入型生物传感器的制作方法，以植入型血糖监测传感器为例，包括如下步骤：

步骤s01：在pet基底的第一基面和第二基面上通过溅射法形成金导电层；

步骤s02：在柔性基底的第二基面上丝网印刷出绝缘涂层；

步骤s03：利用激光刻蚀移除柔性基底第一基面上的部分金导电层，形成电极区域，导电带及与外部电子设备的连接区域；

步骤s04：在柔性基底的第一基面上丝网印刷绝缘涂层，第一基面上印刷绝缘涂层的区域为除电极区域和与外部电子设备的连接区域以外的表面；

步骤s05：制作工作电极感应层；具体的，制作工作电极包括如下步骤：

s051：制备自组装单层膜。具体的，制备自组装单层膜包括如下内容：

将工作电极区域浸入丙醇溶液中，丙醇溶液中含有5mmol/l的长烷基链硫醇(图2)。

浸泡5min后取出，用纯丙醇溶剂清洗工作电极区域。

s052：通过微点滴方式将含有高分子共聚物(图3)的酒精水溶液(etoh:h2o＝1:4)置于工作电极区，含有高分子共聚物的酒精水溶液在工作电极区内干燥后形成高分子斑，高分子斑区域在工作电极区域内。此例中，高分子共聚物由聚二甲基乙酰胺、共聚单体a、共聚单体b和共聚单体c形成；共聚单体a的长支链末端含有金属有机络合物，此例中为二茂铁；共聚单体b含有一个可以通过光催化的交联官能团，此例中交联官能团为氟代芳香基叠氮化合物；共聚单体c的支链末端共价交联有葡萄糖氧化酶。

s053：光催化交联高分子斑于工作电极表面，利用紫外光对此高分子斑进行光催化交联。

步骤s06：制作参比电极；利用丝网印刷技术或微点胶技术将银/氯化银糊置于参比电极区域，待室温条件下静置干燥后形成参比电极。

步骤s07：通过激光切割出传感器本体的外形，形成具有特定形状的传感器本体；

步骤s08：在传感器本体的植入端包覆水凝胶层，本例为含聚氨酯结构的水凝胶。

实施例3：植入型生物传感器的制作方法，包括如下步骤：

步骤s01至步骤s04同实施例2。

步骤s05：制作工作电极感应层。具体的，制作工作电极包括如下步骤：

s051：同实施例2

s052：用微点滴法将含有高分子共聚物的酒精水溶液置于工作电极区，干燥后形成高分子斑。与同实施例2不同的是此实例中，只要工作电极区域被高分子斑覆盖即可。

s053：将光掩膜置于第一基面上方，通过此光掩膜定义工作电极区域内可以接受紫外光照射的表面形状及面积。此范围的高分子斑经过紫外线照射形成交联且被固定于工作电极表面。未被紫外线照射的高分子可以用酒精水混合溶剂清洗移除。

步骤s06至步骤s08同实施例2。

实施例4：植入型生物传感器的制作方法，包括如下步骤：

步骤s01：在pet基底的第一基面和第二基面上印刷碳糊导电层；

步骤s02：在柔性基底的第二基面上丝网印刷出绝缘涂层；

步骤s03：利用激光刻蚀移除柔性基底第一基面上的部分碳糊导电层，形成电极区域，导电带及与外部电子设备的连接区域；

步骤s04：在柔性基底的第一基面上丝网印刷绝缘涂层，第一基面上印刷绝缘涂层的区域为除电极区域和与外部电子设备的连接区域以外的表面；

步骤s05：制作工作电极感应层；具体的，制作工作电极包括如下步骤：

s051：通过微点滴方式将含有高分子共聚物(图3)的酒精水溶液(etoh:h2o＝1:4)

置于工作电极区，含有高分子共聚物的酒精水溶液在工作电极区内干燥后形成高分子斑，高分子斑区域在工作电极区域内。

s052：利用紫外光对此高分子斑进行光催化交联。

步骤s06至步骤s08同实施例2。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的创造性精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。