基于微针电极阵列的多参数监测传感装置及制备方法

本技术涉及生物医学监测领域，特别涉及一种基于微针电极阵列的多参数监测传感装置及制备方法。

背景技术：

1、人体健康信息多种多样，有如脉搏率、血压、体温等可以从体表以非侵入式获得的信息，亦有需要穿透表皮于内环境获得的信息如血糖、胆固醇、尿酸等人体代谢物浓度以及有关人体生理活动的离子浓度等。长期监测人体健康信息，记录长时间内健康信息的变化趋势与特征，有利于对疾病的发生发展进行统筹分析，同时检测到危及生命的情况发生时，能够更加及时地发出警告从而对人体异常情况进行处理。

2、如今，对人体单一指标的连续检测已经有了众多的解决方案，但是对于人体这种复杂的机体来说，单一的指标信息无法准确地表征所需的人体健康信息。例如糖尿病及其并发症的监测，影响患者身体健康的不仅仅是血糖水平的高低，伴随着糖尿病的多种并发症的发生发展同样严重影响着患者的身体健康，而对于并发症的监测往往就需要对多种生理指标进行浓度的检测记录。故多种生理信息的同步动态监测是个体疾病诊断监测的发展方向。

3、相关技术中，微针阵列大多仅用于实现单一生化参数检测的强度提升，阵列中所有微针的结构都相同，只具有重复性的功能，故整个微针阵列所具有的功能同样较为单一，无法实现多种类型生化参数同步的连续监测。而在制作具备多种参数检测功能的检测装置时，需要将不同传感层结构的微针进行集成，若采用先集成再修饰的方法会面临着不同微针间相互污染的问题，若采用先进行修饰后进行集成的方法会在集成过程中将微针阵列与测试电路建立电气连接时高温固定微针的过程容易破坏微针传感层的材料，从而使其失去作用。故现有技术难以实现多种检测参数的微针传感电极阵列传感器的制备，因此无法同时对多种生理指标进行浓度的检测记录。

技术实现思路

1、本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术实施例提供了一种基于微针电极阵列的多参数监测传感装置及制备方法，能够连续检测多种生化参数的浓度信号的变化信息，并通过上位机实时同步监测多种生化参数的浓度，为相关疾病诊断提供准确的信息反馈。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种基于微针电极阵列的多参数监测传感装置，包括：

3、微针电极阵列传感器，包括若干个不同传感功能的传感区域，所述传感区域包括柔性传感层、红蜡衬垫和微针电极，所述柔性传感层设置于所述红蜡衬垫上方，所述柔性传感层、所述红蜡衬垫上分别设置有与所述微针电极的尺寸对应的第一通孔和第二通孔，所述微针电极依次穿过所述第一通孔和所述第二通孔并固定于所述红蜡衬垫；

4、信号处理装置，所述信号处理装置的正面设置有控制单元、数据处理模块和数据传输接口，所述信号处理装置的底面设置有若干弹簧顶针，所述信号处理装置的底面印刷有电极图案，所述弹簧顶针和所述电极图案电气连接，所述弹簧顶针通过所述电极图案和所述数据传输接口连接，所述弹簧顶针和所述微针电极阵列传感器对准压合，以使所述微针电极阵列传感器和所述信号处理装置的电气连接；

5、上位机，所述信号处理装置通过所述数据传输接口和所述上位机连接，所述上位机用于显示表征生化参数的浓度的图像或数据信息。

6、本技术上述第一方面的技术方案至少具备如下的优点或有益效果之一：基于微针电极阵列的多参数监测传感装置包括微针电极阵列传感器、信号处理装置和上位机，其中，微针电极阵列传感器由若干个不同传感功能的传感区域拼接组成，且微针电极阵列传感器能够根据实际所需检测的生化参数选择对应传感功能的传感区域灵活拼接组装。任一传感区域包括柔性传感层、红蜡衬垫和微针电极，微针电极穿过柔性传感层固定于红蜡衬垫，微针电极用于检测对应的生理参数的浓度，若干独立并行微针组成的若干个不同传感功能的传感区域能够同时连续检测多种生理参数的浓度，从而设计出现灵活阵列结构的多生化参数监测电极阵列传感器。信号处理装置设置有弹簧顶针，弹簧顶针和微针电极阵列传感器对准压合，以实现微针电极阵列传感器和信号处理装置的电气连接，无需高温固定微针电极阵列传感器与信号处理装置的电气连接，有效避免破坏微针传感层的材料。另外，信号处理装置通过数据传输接口和上位机连接，上位机同步显示表征生化参数浓度的图像或数据信息的实时变化，为与多种生理参数变化相关的疾病提供信息反馈，如为糖尿病及其慢性并发症的预防、诊断和治疗有着重要作用息反馈。

7、根据本技术的一些实施例，所述微针电极包括工作电极、参比电极和对电极，所述工作电极、所述对电极和所述参比电极表面修饰有不同的化学材料覆盖层，所述工作电极、所述对电极和所述参比电极组成三电极体系单元。

8、根据本技术的一些实施例，所述工作电极包括葡萄糖传感电极、胆固醇传感电极、尿酸传感电极、钠离子传感电极、钾离子传感电极和钙离子传感电极的一种。

9、根据本技术的一些实施例，还包括模具外壳，所述模具外壳的底部设置有与所述微针电极阵列传感器的尺寸适配的凹槽，所述凹槽的底部设置有若干个与所述微针电极尺寸对应的通孔，以使得所述微针电极阵列传感器通过所述通孔固定于所述凹槽。

10、第二方面，本技术实施例提供了一种基于微针电极阵列的多参数监测传感装置的制备方法，包括

11、制备微针、柔性传感层和红蜡衬垫；

12、将所述柔性传感层放置于所述红蜡衬垫上方，并将所述微针依次穿过所述柔性传感层和红蜡衬垫，且预留出第一长度的针尖传感区域；

13、将所述柔性传感层和所述微针通过焊锡方式连接，并固定于所述红蜡衬垫，得到传感区域；

14、对若干个所述传感区域中的微针进行预处理，得到微针电极；

15、分别对各个所述微针电极修饰不同的化学材料覆盖层，以得到若干不同传感功能的微针电极，从而得到若干个不同传感功能的传感区域；

16、将所述若干个不同传感功能的传感区域拼接组合，得到微针电极阵列传感器；

17、将所述微针电极阵列传感器和信号处理装置电气连接，并固定于预设的模具外壳；

18、将所述信号处理装置通过数据传输接口和上位机连接，得到基于微针电极阵列的多参数监测传感装置。

19、本技术上述第二方面的技术方案至少具备如下的优点或有益效果之一：将柔性传感层放置于红蜡衬垫上方，将微针从底部依次嵌入柔性传感层和红蜡衬垫，红蜡衬底可以牢靠地固定微针电极，从而提高组装后微针电极阵列的机械稳定性。裁剪传感区域中红蜡衬垫背部多余长度的不锈钢微针，对微针电极修饰不同的化学材料覆盖层，得到若干不同传感功能的微针电极，从而得到若干个不同传感功能的传感区域。根据实际生化参数的检测需求将具备对应传感功能的传感区域灵活拼接组合，得到拥有多种参数独立并行的微针电极以及具备灵活阵列结构设计的多生化参数多参数监测传感装置。将微针电极阵列传感器固定于预设的模具外壳，并通过弹簧顶针和信号处理装置电气连接，无需高温固定微针电极阵列传感器与信号处理装置的电气连接，有效避免破坏微针传感层的材料。将信号处理装置通过数据传输接口和上位机连接，得到基于微针电极阵列的多参数监测传感装置。

20、根据本技术的一些实施例，所述将所述微针电极阵列传感器和信号处理装置电气连接，并固定于预设的模具外壳，包括：

21、制备预设的模具外壳，并在所述模具外壳上设置与所述微针电极阵列传感器尺寸对应的凹槽，在所述凹槽的底部设置若干个与所述微针电极对应的通孔；

22、将所述微针电极阵列传感器通过所述通孔固定于所述凹槽；

23、将信号处理装置底面的弹簧顶针和所述微针电极阵列传感器对准压合，以使所述微针电极阵列传感器和所述信号处理装置的电气连接。

24、根据本技术的一些实施例，所述分别对各个所述微针电极修饰不同的化学材料覆盖层，以得到若干不同传感功能的微针电极，包括：

25、对所述微针电极表面修饰多壁碳纳米管，并进行提拉处理；

26、对经提拉处理的微针电极表面修饰pedot，并进行电聚合处理；

27、对经电聚合处理的微针电极标记进行金属铂的修饰，并进行电沉积；

28、对各个经电沉积处理的微针电极表面修饰不同酶层以得到不同传感功能的酶传感电极或对各个经电沉积处理的微针电极表面修饰不同离子选择性膜以得到不同传感功能的离子传感电极。

29、根据本技术的一些实施例，所述对若干个所述传感区域中的微针进行预处理，得到微针电极，包括：

30、使用乙醇清洗所述微针，并进行干燥处理；

31、将zno、nh4cl、hcl、c3h8o3、h2o、非离子表面活性剂以预设的体积比配置不锈钢酸洗剂；

32、将所述微针头部浸入所述不锈钢酸洗剂中进行超声处理第一预设时间后取出，用无尘纸吸走所述微针表面的多余溶液；

33、取出所述微针，连接电化学工作站，以所述微针作为工作电极，以金片电极作为对电极，银氯化银电极作为参比电极，将三根电极浸入在预设浓度的亚硫酸金钠溶液，使用多步恒流法在所述亚硫酸金钠溶液中对所述微针进行电化学沉积金，得到初级微针电极；

34、将所述初级微针电极放入去离子水溶液中进行超声涮洗，并在室温下风干，得到微针电极。

35、根据本技术的一些实施例，在所述对若干个所述传感区域中的微针进行预处理，得到微针电极之后，还包括：

36、对所述微针电极使用银或氯化银油墨进行涂覆处理，并在第一预设温度的烘箱中烘干，使用第一质量分数的聚乙烯醇缩丁醛的甲醇溶液进行浸没涂覆，并在室温下晾干，得到参比电极；

37、将所述微针电极加入预设浓度的电镀铂溶液，以所述微针电极为工作电极，铂片电极为对电极，银氯化银电极为参比电极，连接电化学工作站，使用多步恒流法以预设的电流对所述微针电极进行电化学聚合第二预设时间，得到对电极。

38、根据本技术的一些实施例，所述对各个经电沉积处理的微针电极表面修饰不同酶层以得到不同传感功能的酶传感电极，包括：

39、将葡萄糖氧化酶溶液、牛血清蛋白、戊二醛溶液按照第一预设体积比混合，得到葡萄糖氧化酶混合溶液，将修饰了金属铂层的微针电极浸入所述葡萄糖酶混合溶液中第三预设时间后匀速取出，并在室温下风干，得到葡萄糖传感微针电极；

40、将胆固醇氧化酶溶液、牛血清蛋白、戊二醛溶液按照第二预设体积比混合，得到胆固醇酶混合溶液，将修饰了金属铂层的微针电极浸入所述胆固醇酶混合溶液第四预设时间后匀速取出，并干燥晾干，得到胆固醇传感微针电极；

41、将尿酸氧化酶溶液、牛血清蛋白、戊二醛溶液按照第三预设体积比混合，得到尿酸酶混合溶液，将修饰了金属铂层的微针电极浸入所述尿酸酶混合溶液第四预设时间后匀速取出，并干燥晾干，得到尿酸传感微针电极。

42、本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。