[发明专利]电化学传感器及其制备方法、离子浓度检测系统

权利要求书

1.一种电化学传感器，其特征在于，包括：

传感芯片，所述传感芯片包括信号转换电路，以及与所述信号转换电路相连的离子敏感场效应晶体管与信号输出电路，其中，所述信号转换电路用于将待测溶液中的目标离子的浓度变化转化为电信号，所述信号输出电路用于将所述电信号输出；

形成于所述离子敏感场效应晶体管的敏感层上的离子敏感膜，所述离子敏感膜含有所述目标离子的载体；

形成于所述离子敏感膜上的微反应池或微反应通道，所述微反应池或微反应通道用于注入所述待测溶液；以及

位于所述微反应池或微反应通道内的参比电极。

2.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述传感芯片还包括与所述信号转换电路相连的偏置校准电路，所述偏置校准电路用于提供偏置电压，以保证所述传感芯片中各个晶体管处于正常工作状态。

3.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述离子敏感膜通过有机溶剂和溶质混合，并在所述有机溶剂挥发后形成，所述有机溶剂为四氢呋喃、三甲基氯化铵中的一种或多种的组合，所述溶质包括所述目标离子的载体、固化剂以及增塑剂。

4.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述参比电极为双盐桥Ag/AgCl电极，或Ag/AgCl固态电极。

5.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述信号转换电路中包括恒流源和电阻，所述恒流源的电流流过所述电阻，所述离子敏感场效应晶体管的源极和漏极的电压分别与所述电阻两端的端电压相等，以使所述源极和漏极之间的电压保持不变。

6.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述目标离子为氯离子。

7.一种电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括：

在传感芯片中的离子敏感场效应晶体管的敏感层上涂布有机溶剂和溶质的混合溶液，所述溶质中含有目标离子的载体；

在所述混合溶液挥发形成离子敏感膜后，在所述离子敏感膜上固定管壳，以形成微反应池或微反应通道；以及

将参比电极置于所述微反应池或微反应通道中。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述离子敏感场效应晶体管的上方含有钝化层，所述钝化层中包含氮化硅层，将所述氮化硅层作为所述敏感层；或刻蚀所述钝化层，直至所述钝化层下方的顶层金属中的氮化钛层，将所述氮化钛层作为所述敏感层；或在所述氮化钛层表面生长敏感材料，以得到所述敏感层，所述敏感材料包括氮化钛、氧化钽、或者介电常数大于3.9的高介电常数材料。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在涂布所述有机溶剂和溶质的混合溶液之前，所述传感芯片预先通过半导体键合金线固定于PCB板上，用紫外胶或黑胶覆盖所述金线与所述传感芯片的引脚，并使所述离子敏感场效应晶体管的敏感层露出；在形成所述离子敏感膜之后，在所述PCB板上焊接排针，以对所述传感芯片进行封装。

10.一种利用权利要求1-6中任意一种所述电化学传感器得到的离子浓度检测系统，其特征在于，包括：

电化学传感器、数据采集模块、时钟控制模块以及数据处理模块；

其中，所述电化学传感器包括：

传感芯片，所述传感芯片包括信号转换电路以及与所述信号转换电路相连的离子敏感场效应晶体管与信号输出电路；

形成于所述离子敏感场效应晶体管的敏感层上的离子敏感膜，所述离子敏感膜含有所述目标离子的载体；

形成于所述离子敏感膜上的微反应池或微反应通道，所述微反应池或微反应通道用于注入所述待测溶液；以及

位于所述微反应池或微反应通道内的参比电极；

所述数据采集模块与所述信号输出电路的输出端相连；

所述时钟控制模块与所述数据采集模块和所述传感芯片相连，用于发出时钟信号，以控制所述传感芯片将检测到的电信号输出至所述数据采集模块；

所述数据处理模块与所述数据采集模块相连，用于根据所述数据采集模块获取的数据，计算所述待测溶液中的目标离子的浓度。