一种基于热电自供能的微型酶热生物传感器

本技术涉及生化检测领域，具体为一种基于热电自供能的微型酶热生物传感器。

背景技术：

1、生物传感器以生物敏感分子为核心元件，可以实现许多重要生物标志物的监测，因此可以广泛应用于医疗、食物生产、环境监测等多个方面。生物传感器力求微细化、小型化加工及引入新型材料的发展趋势都展现出其在精准医疗、实时监测等方面的巨大潜力。同时，精细化加工所带来的成本提升、对能源的持续依赖也限制了其在实际场景中的开发利用。

2、现有的酶热传感器作为一种典型的生物传感器，可应用于疾病监测和健康、医疗评估，评估唾液、血液和汗液等生物液体。但其缺点在于检测精度不高、需要持续供能维持恒温环境、难以便捷化和小型化加工。因此，本实用新型结合可自供能的新型热电材料ag2se与酶热传感器，通过热能与电信号的转换，实现对酶促反应热效应的快速检测。

3、微型检测试剂盒具有样品消耗少、响应速度快、多功能集成、体积小便于携带等优势，在生物检测领域体现出了巨大的应用潜力。但现有微型量热计缺乏与酶热反应检测的良好结合方式，存在灵敏度低、所占面积大、制备成本高等问题。所以，目前迫切需要一种可以实现小型化加工、方便携带、灵敏响应、微量检测的传感器。

技术实现思路

1、本实用新型的第一目的在于提供一种基于热电自供能的微型酶热生物传感器，以解决现有设备中制造加工工艺复杂、制作成本高，测量样品消耗量大、反应不够灵敏的问题。

2、为了达到上述目的，本实用新型的基于热电自供能的微型酶热生物传感器包括通道层(1)以及设置于通道层上方的覆盖层(2)、设置于通道层下方的密封塞(3)。

3、进一步的，所述通道层的中央为凹槽状的液体流通检测道(13)，液体流通检测道两侧壁为酶修饰反应层(17)， 其顶壁为覆盖层(2)覆盖，组装完成后仅通过液体进口微通道(21)、缓冲液进口微通道(22)与外界相通。

4、进一步的，所述液体流通检测道(13)深度为3mm，长度为30mm，宽度为2mm。

5、进一步的，酶修饰反应层为磁控溅射金膜，金膜厚度为2~3nm，通过au-s键固连酶，酶可选过氧化氢酶、葡萄糖氧化酶、β-内酰胺酶、脲酶等。

6、进一步的，为便于侧壁进行磁控溅射，通道层的液体流通检测道底部与侧壁的连接处可拆开，通过底部凸起(19)与侧壁向里延伸凹槽(110)所连接。

7、进一步的，所述热电元件均位于通道层的上表面，与酶修饰反应层呈90度角，共串联12~20对，热电元件冷端，也即p端(15)与热电元件热端，也即n端(16)通过信号输出电极(14)连接，信号输出电极(14)通过导电线路(12)连接，通过导电线路(12)外接电压表进行检测。

8、进一步的，热电元件冷端（p端）(15)选择聚乙烯二氧噻吩即pedot），热电元件热端，也即n端(16)选择ag2se薄膜。

9、进一步的，信号输出电极(14)为磁控溅射金电极，溅射金膜厚度为30nm；导电线路选择两种相同的金属细线，所述金属细线的材料为铂丝或者铜丝或者铝丝。

10、进一步的，所述通道层通过与盖嵌合的凹槽(11)与覆盖层(2)连接，出样口(18)与密封塞(3)连接密封。

11、进一步的，所述覆盖层包括液体进口微通道(21)、缓冲液进口微通道(22)、与通道层嵌合的凸起(23)、负极导线出口(25)、正极导线出口(27)。

12、进一步的，所述缓冲液可选用生物缓冲液或两性离子缓冲液，包括tris、hepes、caps缓冲液。

13、进一步的，所述液体进口通道(21)、缓冲液进口通道(22)为喇叭形进口(28)，与下方的半圆柱形液体通道(24)、半圆柱形缓冲液通道(26)紧密连接为一体，其中，喇叭形进口上部直径为4mm，下部开口直径为1mm，半圆柱形液体通道高度为2mm，位于覆盖层的中央，可完全嵌入下方的液体流通检测道中。

14、进一步的，所述密封塞(3)包括密封圈(31)、环形密封层(32)、手柄层(33)。通过密封圈(31)与环形密封层(32)与通道层的出样口(18)紧密贴合，可防止液体流出或气体进入。

15、进一步的，所述密封塞选用橡胶塞。

16、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

17、1、本实用新型，携带方便、操作简单、灵敏度高、成本低、检测速度快，样本消耗少，为酶热反应的检测提供一种科学、高效的检测方式。

18、2、本实用新型，采用微型酶热生物传感器进行检测，仅需极少样本量便可进行检测，将热电自供能与微型试剂检测盒相结合，实现了绿色环保、能源自供的快速高效检测。同时结构简单、成本低、易于小型化、便携化加工。

技术特征：

1.一种基于热电自供能的微型酶热生物传感器，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种微型酶热生物传感器，其特征在于：所述通道层上表面覆盖的热电元件，其冷端，也即p端选择聚乙烯二氧噻吩即pedot，热端，也即n端选择ag2se薄膜。

3.根据权利要求1所述的一种微型酶热生物传感器，其特征在于：所述通道层信号输出电极为掩膜离子溅射金电极；导电线路选择两种相同的金属细线，所述金属细线的材料为铂丝或者铜丝或者铝丝。

4.根据权利要求1所述的一种微型酶热生物传感器，其特征在于：所述覆盖层液体进口通道、缓冲液进口通道为喇叭形进口，与下方的半圆柱形液体通道、半圆柱形缓冲液通道紧密连接为一体，其中，半圆柱形液体通道位于覆盖层的中央，可完全嵌入下方的液体流通检测道中。

5.根据权利要求1所述的一种微型酶热生物传感器，其特征在于：所述密封塞选用橡胶塞，通过密封圈与环形密封层与通道层的出样口紧密贴合，可防止液体流出或气体进入，所述密封塞选用橡胶塞。

技术总结
本技术公开了一种基于热电自供能的微型酶热生物传感器，属于生化检测领域。所述微型酶热生物传感器包括：通道层，所述通道层包括与盖嵌合的凹槽、导电线路、液体流通检测道、信号输出电极、热电元件冷端（p端）、热电元件热端（n端）、酶修饰反应层、出样口；设置于通道层上方的覆盖层，其包括液体进口通道、缓冲液进口通道、与通道层嵌合的凸起及其附属结构；设置于通道层下方的密封塞，其包括密封圈、环形密封层、手柄层。本技术，携带方便、操作简单、灵敏度高、响应速度快，同时制造工艺简单、易于批量生产，将热电自供能与微型检测试剂盒相结合，实现对酶热反应的快速检测。

技术研发人员：贾诗雨,周家民,孙强,杨磊,马凰税
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：20230417
技术公布日：2024/1/14