[发明专利]一种基于纳米多孔金属膜的葡萄糖电化学微电极传感器

权利要求书

1.一种多孔金属膜，其特征在于，包括：

聚酰亚胺基底；

所述衬底上的纳米多孔金属膜；

所述多孔金属膜的厚度为50-200nm；

所述多孔金属膜的空隙为10-100nm。

2.如权利要求1所述的多孔金属膜，其特征在于，多孔膜的金属具有导电性好，化学性质稳定，室温不易氧化、生物相容性好等特点，可以是金、铂、铱、铼、钨、钽、铪、银、钯、铑、钌、钛中的任意一种，或由它们组成的合金。

3.如权利要求1所述的多孔金属膜支撑衬底，其特征在于，聚酰亚胺材质，优选厚度0.5mm。

4.一种多孔金属膜的制备方法，其特征在于：

在聚酰亚胺衬底上，采用双靶磁控共溅射，沉积不同厚度、不同比例的金属和金属氧化物(如MgO，CaO)混合物膜，经去离子水或弱酸溶液清洗，溶解金属氧化物，留下三维多孔金属层。

优选的，磁控溅射金属与金属氧化物靶材为2吋标准尺寸，纯度99.999％；

优选的，磁控溅射衬底加热温度200℃；

优选的，金属和金属氧化物使用射频溅射电源；

磁控溅射气压为3-10毫托，优选5毫托，衬底转速10-30转/分钟，优选20转/分钟；

所述不同比例的金属和金属氧化物，其中金属氧化物所占比例可为：15％、30％、45％、60％、70％、80％，优选70％；

所述金属和金属氧化物混合物膜不同厚度，可选50-200nm，优选100nm；

所述溶液清洗持续时间10-60分钟，优选30分钟，反复三次。

5.一种基于多孔金属膜的微电极葡萄糖传感器，其特征在于，包括：

权利要求1～5中所述的衬底；

权利要求1～5中所述的衬底上的多孔金属膜；

所述多孔金属膜之上的修饰层及衬底上的修饰层；

所述衬底分A和B两面，A面按照权利要求4和5制备多孔金属膜，金属膜孔隙内填充固定葡萄糖氧化酶后制成酶电极为传感器工作电极；B面涂覆银/ 氯化银为对电极-参比电极，组成两电极电化学葡萄糖传感器。

所述固定葡萄糖氧化酶的多孔金属面A面为工作电极，涂覆银/氯化银的B面为参比电极，铂丝为对电极，组成三电极电化学葡萄糖传感体系。

所述多孔金属膜工作电极修饰层从内到外为酶膜传感层，限制扩散层，抗干扰亲水层，可选设置催化层。

所述酶膜传感层包含：葡萄糖氧化酶、戊二醛交联剂，牛血清蛋白，可选纳米金、纳米铂、碳纳米管等纳米颗粒组分，通过滴涂或者浸泡或者喷涂方式固定GOD于金膜的孔隙内。

所述催化层设置在酶膜传感层和金之间，可选纳米铂等贵金属纳米颗粒、铂黑、二茂铁和普鲁士蓝等为代表的电子媒介体等，通过电化学沉积的方法制备。

所述限制扩散层可选聚氨酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯或聚氯乙烯中的任意一种，通过浸泡或者滴涂方法制备。

所述抗干扰亲水层可选聚乙烯醇、壳聚糖或者改性壳聚糖、聚乙二醇或者低聚寡糖中的任意一种。

所述衬底B面的对电极-参比电极，包含银金属、氯化银、限制扩散层和抗干扰亲水层。银/氯化银利用磁控溅射法镀一层银，进行氯化形成后得到或者或者直接涂覆Ag/AgCl浆得到。

6.如权利要求6所述，一种基于多孔金属膜的微电极葡萄糖传感器，其特征在于，制备方法包括以下步骤：

(1)清洁衬底并干燥：分别用乙醇和异丙醇超声清洗10分钟，氮气吹干；可选氧等离子体处理，增加衬底表面的亲水性，镀膜厚度更均匀，粗糙度更小；

(2)制备多孔金属膜：在清洁衬底上，磁控共溅射不同比例，不同厚度的金属和氧化镁混合膜，去离子水中清洗理，形成多孔金属膜；

(3)制备银/氯化银电极，首先在衬底多孔金属膜相反的一面，利用蒸镀或者磁控溅射一层50-200nm银金属，利用银浆或者焊接技术分别引出两侧金属面的导线，利用以下方法之一制得银/氯化银电极：

恒电流电镀技术，银金属膜为阳极，多孔金属膜为阴极，电流为0.1-0.3mA，浸渍在0.1mol/L盐酸溶液中，氯化2-6个小时，去离子水清洗；

采用恒电压法电镀，银金属膜为阳极，多孔金属膜为阴极，在电极两侧施加5V直流电压，电解液为0.1mol/L盐酸溶液，持续10-30分钟，去离子水清洗；

(4)多孔金属膜修饰催化层：在酶膜层和金属孔内壁之间的催化层，可选铂纳米颗粒、普鲁士蓝等，通过以下任一方法制备：

在氯铂酸溶液中直接恒电位法电沉积Pt纳米颗粒：以多孔金膜电极为工作电极，铂丝为对电极，Ag/AgCl为参比电极，连接到电化学工作站，将电极浸入H₂PtCl₆溶液中，在-0.25V电位下，采用恒电位法沉积铂纳米颗粒，沉积时间120s，去离子水冲洗后在0.5mol/L H₂SO₄溶液中扫描至稳定；

循环伏安法电沉积Pt纳米颗粒：0.5-5.0mmol/L的HPtCl₄溶液中，于1.5-0.3V范围内，以扫速50-150mV/s循环伏安扫描5-50圈，一步法沉积Pt纳米颗粒；

两步法循环伏安法电沉积Pt纳米颗粒：将多孔金膜电极置于K₂SO₄溶液中进行循环伏安法扫描，表面活化表面。将活化后的电极置于2M K₂PtCl₄和0.1M K₂SO₄的混合溶液中进行循环伏安法扫描，所得电极置于H₂SO₄溶液中进行循环伏安法扫描，使铂的配合物转化为铂纳米颗粒。

首先制备铂纳米溶胶然后通过浸泡吸附：将129.4毫克氯铂酸溶于91.5mL水中，将5mg聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于5mL水后，两溶液混合后，边搅拌边缓慢加入1mL0.1mol/L硼氢化钠，所得混合液室温下静置24小时；将金膜电极浸入0.1wt％的十八烷基三甲基氯化铵(STAC)溶液中，静置5秒后取出晾干，然后置于铂纳米溶胶中30分钟，静电吸附一层铂纳米颗粒催化层，取出后用去离子水冲洗，去除表面未固定化的铂纳米颗粒，晾干；

电沉积普鲁士蓝：以多孔金属膜的一面为工作电极，Ag/AgCl面为参比电极，Pt丝为对电极，在含有KCl、K₃[Fe(CN)₆]、FeCl₃和HCl的混合电解液中进行电化学沉积，使用恒定电压0.4V，沉积时间10-30s，获得普鲁士蓝修饰的多孔金属膜电极，

(5)固定葡糖糖氧化酶于工作电极：采用经典的化学交联的方法，以戊二醛(GA)为交联剂，将葡萄糖氧化酶(GOD)与牛血清蛋白(BSA)配制成氧化酶混合液，充分均匀混合后，滴涂到电极表面，4℃干燥，用去离子水冲洗为固定氧化酶，重复滴涂和冲洗，反复1-4次，干燥待用；

(6)微电极的工作电极和参比电极涂覆限制扩散层和抗干扰亲水层：限制扩散层聚合物可选Nafion、聚氨酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯或聚氯乙烯中的任意一种，通过浸泡或者滴涂方法制备。抗干扰亲水层可选Nafion、聚乙烯醇、壳聚糖或者改性壳聚糖、聚乙二醇或者低聚寡糖中的任意一种，通过浸泡或者滴涂方法制备。

(7)采用激光切割，批量裁剪镀膜衬底成微电极所需尺寸。