基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器及其制备方法

本发明属于无创血糖监测，具体涉及一种基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器及其制备方法。

背景技术：

1、随着科技在社会中的不断发展，人们的生活模式与饮食习惯日益多样化，受遗传与环境双重因素影响，糖尿病患者的人数持续上升。据国际糖尿病联合会的数据预测，到2045年，全球糖尿病患者预计将增长46％，总数将达到约7.83亿。糖尿病作为一种目前尚无法治愈的疾病，可能引发失明、心血管疾病、肾功能衰竭等多种严重并发症，已成为危害人类健康的主要疾病之一。因此，对于糖尿病患者而言，持续监测血糖水平是控制病情的关键所在。

2、当前主流的血糖检测技术多依赖于有创采样，即通过指尖或静脉采血直接测量血糖水平，此法虽精确度高，但频繁的针头采血(每日多达7次以有效监控血糖波动)给患者带来了显著的痛楚与不便。随着科技进步，微创血糖监测技术应运而生，该技术能在保持高精度的同时实现血糖的连续监测。尽管如此，微创技术仍涉及对皮肤的微小创伤，伴随着轻微痛感及潜在的感染风险。因此，研发一种既能实现连续血糖监测，又完全无创、无痛、无感染风险的检测方法，已成为当前血糖监测技术领域的迫切需求与重要研究方向。通过非侵入性手段，如利用生物组织的光学特性、电磁特性或代谢产物的无创测量等科学原理，实现血糖的准确、连续、无痛监测是目前的主流手段。纵观现有研究成果，无创血糖检测的研究主要集中在光学检测与反离子电渗分析法两大方向，尽管已取得一定进展，但仍面临诸多挑战。光学检测法虽安全性高，但易受人体内部干扰，导致监测信号微弱，难以从复杂光谱中提取有效的化学信息，加之涉及多学科知识，研究难度较大；同时，由于人类个体的差异性，根据所得检测结果推断出使用者的真实血糖数值往往需要对计算模式针对使用者进行优化，这不仅进一步增加了器件的耗能，也降低了器件的普遍适用性。相比之下，反离子电渗法展现出成本低、操作简便、灵敏度高及选择性好的显著优势。该方法利用微弱电流在两个电极间构建电场，驱动皮下组织液中的阴离子向阳极移动，而葡萄糖则随同钠离子在电场作用下向阴极迁移。在工作电极处，葡萄糖经催化氧化反应生成离子，通过测量这些离子数量并经过换算，即可确定血糖浓度。反离子电渗血糖监测技术能够实现快速、便捷且连续的无创血糖监测。

3、基于反离子电渗实现无创血糖监测传感器大多包含两套系统，一是电渗系统，一是血糖检测系统，为了将这两套系统结合在一起，传统的此类传感器往往需要较为复杂的制造工艺，这不仅提高了器件的生产成本，也增加了器件在制备过程中可能产生的器件结构偏差。其次，传统反离子电渗器件多为平面结构，既电渗系统和血糖检测系统基本位于同一平面，因此在检测过程中需要添加凝胶类介质介于皮肤与电极平面之间用以承载组织间液析出的葡萄糖，从而实现葡萄糖检测。然而凝胶本身主要成分为水，因此随着使用时间的增加凝胶内水分会逐渐蒸发，导致检测出的葡萄糖的浓度发生变化，最终导致后续的数据分析出现错误。最后，在无创血糖监测传感器中，反离子电渗技术的设备寿命是一个不可忽视的问题。电极和传感器在长时间使用过程中会逐渐磨损和老化，导致性能下降和测量误差增加。此外，环境因素如湿度、温度和污染物会对电极和传感器造成额外损害，进一步缩短其使用寿命。频繁使用和不当的清洁维护也会加速设备的损耗。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明的一个方面提供了一种基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器，包括：自下而上依次设置的柔性衬底、第一电极层、有机绝缘层和第二电极层，其中，

3、所述第二电极层上包括多个腔穴，所述腔穴从所述第二电极层的上表面向下延伸至所述第一电极层的上表面，所述腔穴的内部填充有蜂窝状的阳极氧化铝层；

4、在所述第二电极层的上表面还设置有图案化的第三电极层，所述第三电极层的一部分围绕所述腔穴的上边缘；

5、所述第一电极层和所述第二电极层能够分别外接恒压电源的阴极和阳极，通过蜂窝状的阳极氧化铝层使得水凝胶在皮下组织形成可供葡萄糖移动的电场环境，使皮下组织中的葡萄糖在电渗作用下集中在阴级区域；

6、所述第一电极层、所述第二电极层和所述第三电极层还能够外接血糖检测装置，用于产生反应葡萄糖浓度的电信号。

7、本发明的另一方面提供了一种基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器的制备方法，其特征在于，用于制备上述实施例所述的无创血糖检测传感器，所述制备方法包括：

8、s1：选取柔性衬底并在所述柔性衬底上形成第一电极层；

9、s2：在所述第一电极层的上表面形成有机绝缘层并在所述有机绝缘层上刻蚀形成多个腔穴；

10、s3：在所述多个腔穴的内部沉积铝金属层，所述铝金属层的厚度略小于或等于所述有机绝缘层的厚度；

11、s4：在所述有机绝缘层的上表面形成第二电极层，所述第二电极层上开设有多个与所述腔穴对应的孔洞；

12、s5：在所述第二电极层的上表面形成图案化的第三电极层；

13、s6：将所述铝金属层制备成蜂窝状的阳极氧化铝层。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果有：

15、1、本发明基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器，利用特殊电极结构将传统的置于外层的水凝膜(水凝胶)包裹在电极内部，使得水凝膜不会随着传感器的使用而逐渐蒸发，有效地延长了传感器的使用寿命，并提高了葡萄糖的检测精度。同时制备工艺简单，成本较低，便于工业生产，更适合糖尿病患者日常使用。

16、2、本发明以蜂窝状阳极氧化铝为检测腔体，同时可通过控制铝层的厚度及阳极氧化的反应参数对蜂窝状腔体的直径和深度进行调节，从而进一步改进无创血糖检测传感器的检测性能；该器件结构和制备工艺简单，可大规模生产制造，同时蜂窝状的阳极氧化铝能够为葡萄糖检测提供腔室，解决了传统器件水凝膜会蒸发的问题。

17、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器，其特征在于，包括：自下而上依次设置的柔性衬底(1)、第一电极层(2)、有机绝缘层(3)和第二电极层(4)，其中，

2.根据权利要求1所述的基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器，其特征在于，所述第一电极层(2)和所述第二电极层(4)均包括自下而上设置的10～30nm的铬和100～250nm的铂。

3.根据权利要求1所述的基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器，其特征在于，所述第一电极层(2)上采用有酶修饰工艺或无酶修饰工艺进行电极修饰。

4.根据权利要求1所述的基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器，其特征在于，所述腔穴(5)呈圆柱体结构，直径为1～10mm，间距为3～5mm；或者，所述腔穴(5)为多段不同直径的圆柱体组成的台阶状结构，且自上而下直径减小。

5.根据权利要求1所述的基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器，其特征在于，所述阳极氧化铝层(7)的厚度等于或小于所述有机绝缘层(3)的厚度。

6.根据权利要求1所述的基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器，其特征在于，所述第三电极层(6)包括一体成型的主干部、连接部以及半环状的多个末端部，其中，

7.一种基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至6中任一项所述的无创血糖检测传感器，所述制备方法包括：

8.根据权利要求7所述的基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器的制备方法，其特征在于，所述s6包括：

9.根据权利要求7所述的基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器的制备方法，其特征在于，在步骤s6之后还包括：

10.根据权利要求7所述的基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器的制备方法，其特征在于，在步骤s6之后还包括：

技术总结
本发明公开了一种基于阳极氧化铝的无创血糖检测传感器及其制备方法，该传感器包括自下而上依次设置的柔性衬底、第一电极层、有机绝缘层和第二电极层，其中，第二电极层上包括多个腔穴，腔穴从第二电极层的上表面向下延伸至第一电极层的上表面，腔穴的内部填充有蜂窝状的阳极氧化铝层；在第二电极层的上表面还设置有图案化的第三电极层，第三电极层的一部分围绕腔穴的上边缘；第一电极层和第二电极层能够分别外接恒压电源的阴极和阳极；第一电极层、第二电极层和第三电极层还能外接血糖检测装置。本发明以蜂窝状阳极氧化铝为检测腔体，可对腔体的直径和深度进行调节，改进无创血糖检测传感器的检测性能，解决了传统器件水凝膜蒸发问题。

技术研发人员：尹昊承,陈子妍,张艺蒙,张玉明
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/27