CN111272849A - 葡萄糖传感器的工作电极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开描述了一种葡萄糖传感器的工作电极，包括：基底层，由绝缘性材料构成；导电层，被布置在基底层上并具有沿导电层的预定方向排列的至少一个限位槽，至少一个限位槽通过在导电层表面涂覆光敏材料形成光敏层并进行图案化而形成的；以及传感部，通过固化滴涂于限位槽中的葡萄糖敏感试剂形成。根据本公开，不需要复杂表面处理方法来获得相同浸润角的液滴，而是在工作电极表面通过固化光敏材料形成至少一个具有一定形状的限位槽，滴涂的葡萄糖敏感试剂容纳于限位槽中并形成与限位槽形状相同的形貌，从而能够方便地控制大批量生产的工作电极中传感部的面积和形貌的一致性，获得具有一致性工艺参数的葡萄糖传感器。

Description

葡萄糖传感器的工作电极及其制备方法

技术领域

本公开大体涉及生物传感器领域，具体涉及一种葡萄糖传感器的工作电极及其制备方法。

背景技术

糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病，目前尚无根治方法，糖尿病患者常常通过监测血糖的方式控制病情。监测血糖的方式主要包括传统血糖监测和动态血糖监测(Continuous Glucose Monitoring，CGM)。相对于传统血糖监测，CGM技术通常可以连续至少24小时监测患者的血糖，实时获得患者全天的血糖情况，有效地反映患者的低血糖和血糖波动状况。利用葡萄糖传感器可以实现动态血糖监测。

葡萄糖传感器一般包括传感器探头和记录传感信息的处理设备。在进行动态血糖监测时，常常将传感器探头埋在受检者的皮下，探头的工作电极上设置有葡萄糖敏感试剂，可以与植入部位的葡萄糖分子发生特异性反应产生电信号，处理设备对电信号进行处理获得血糖值和患者的血糖变化情况。

为了获得较为准确的血糖值，在葡萄糖传感器的生产中，需要尽可能使批量生产的各个葡萄糖传感器具有一致的初始灵敏度从而实现批量校准，因此，为保证批量生产的葡萄糖传感器初始灵敏度一致，工艺参数的一致性例如传感部的面积、形貌的一致性非常重要。传感部通过在工作电极导电层上滴涂葡萄糖敏感试剂再经固化而形成。

在现有的滴涂工艺中，对滴涂液的控制均通过改善滴涂表面粗糙度进而使得液滴在表面具有一致的浸润角，从而控制液滴的面积和形貌。但是滴涂表面粗糙度难以做到完全一致，导致每次进行滴涂时液滴的面积和形貌的一致性难以保证一致，进而难以保证批量生产的各个葡萄糖传感器具有一致性高的初始灵敏度。

发明内容

本公开有鉴于上述现状而完成，其目的在于提供一种能够简单方便控制滴涂液滴的面积和形貌一致性的葡萄糖传感器的工作电极及其制备方法，有利于提高批量生产的各个葡萄糖传感器传感部的一致性以提高批量生产的各个葡萄糖传感器的初始灵敏度的一致性。

为此，本公开的第一方面提供了一种葡萄糖传感器的工作电极，其特征在于，包括：基底层，其由绝缘性材料构成，并且经过预处理形成有规定粗糙度的表面；导电层，其被布置在所述基底层上并具有沿所述导电层的预定方向排列的至少一个限位槽，所述至少一个限位槽通过在所述导电层表面涂覆光敏材料形成光敏层，并按照预定图案固化所述光敏层后去除未固化的所述光敏层而形成在所述导电层的表面上，所述预定图案包括至少一个封闭图形；以及传感部，其通过将预定量的葡萄糖敏感试剂滴涂于所述至少一个限位槽并经固化形成。

在本公开的第一方面所涉及的葡萄糖传感器的工作电极中，不需要复杂表面处理方法来获得相同浸润角的液滴，而是在工作电极表面通过固化光敏材料形成至少一个具有一定形状的限位槽，滴涂的预定量的葡萄糖敏感试剂可以容纳于限位槽中并形成与限位槽形状相同的形貌，从而能够方便地控制大批量生产的工作电极中传感部的面积和形貌的一致性，获得具有一致性工艺参数的葡萄糖传感器。

在本公开的第一方面所涉及的葡萄糖传感器的工作电极中，可选地，所述至少一个限位槽直线状排列。由此，能够提高滴涂效率。

在本公开的第一方面所涉及的葡萄糖传感器的工作电极中，可选地，在所述传感部上还覆盖有控制葡萄糖分子通过的半透膜。由此，能够控制通过半透膜的葡萄糖分子的数量。

在本公开的第一方面所涉及的葡萄糖传感器的工作电极中，可选地，所述葡萄糖敏感试剂完全填充所述限位槽。在这种情况下，葡萄糖敏感试剂被限制于限位槽内，由此能够控制葡萄糖敏感试剂的面积和形貌，避免未烘干的葡萄糖敏感试剂到处流淌，形成不规则的形状。

在本公开的第一方面所涉及的葡萄糖传感器的工作电极中，可选地，所述限位槽为圆形槽或卵形槽。由此，能够便于滴涂的葡萄糖敏感试剂在限位槽内流动并填充限位槽的边沿以形成需要的形貌。

在本公开的第一方面所涉及的葡萄糖传感器的工作电极中，可选地，所述导电层的材料选自玻璃碳、石墨、银、氯化银、铂、钯、铂-铱、钛、金或铱中的至少一种。由此，能够具有较好的导电性。

在本公开的第一方面所涉及的葡萄糖传感器的工作电极中，可选地，所述葡萄糖敏感试剂能够与葡萄糖发生化学反应，所述葡萄糖敏感试剂包括葡萄糖酶、金属聚合物和交联剂。由此，葡萄糖敏感试剂能够方便地附着在导电层限位槽上并与葡萄糖发生特异性反应。

本公开的第二方面提供了一种葡萄糖传感器的工作电极的制备方法，所述工作电极包括：基底层，其由绝缘性材料构成，并且经过预处理形成有规定粗糙度的表面；导电层，其布置在所述基底层上，并具有沿所述导电层的预定方向排列的至少一个限位槽；以及传感部，其设置在所述导电层上；所述制备方法的特征在于包括以下步骤：(a)准备具有绝缘性的基底层并对所述基底层进行预处理以使其表面具有规定的粗糙度；(b)在所述基底层上形成所述导电层，并在所述导电层上涂覆具有生物兼容性的光敏层，根据预定图案对所述光敏层进行图案化以在所述导电层上形成所述至少一个限位槽，所述预定图案包括至少一个封闭图形；(c)以使所述葡萄糖敏感试剂被保持在所述至少一个限位槽的范围内的方式向所述至少一个限位槽滴涂预定量的葡萄糖敏感试剂，并对所述葡萄糖敏感试剂进行固化而形成所述传感部。

在本公开的第二方面所涉及的葡萄糖传感器的工作电极的制备方法中，不需要复杂表面处理方法来获得相同浸润角的液滴，而是在工作电极表面通过固化光敏材料形成至少一个具有一定形状的限位槽，滴涂的预定量的葡萄糖敏感试剂可以容纳于限位槽中并形成与限位槽形状相同的形貌，从而能够方便地控制大批量生产的工作电极中传感部的面积和形貌的一致性，获得具有一致性工艺参数的葡萄糖传感器。

在本公开的第二方面所涉及的葡萄糖传感器的工作电极的制备方法中，可选地，在步骤(b)中，所述图案化的方法包括：通过光照射置于所述光敏层上方的具有所述预定图案的掩膜板或利用组成所述预定图案的激光源照射所述光敏层以使所述光敏层部分固化，接着去除未固化的所述光敏层以形成所述至少一个限位槽。由此，能够利用光敏材料的特性在导电层上形成具有预定图案的限位槽。

在本公开的第二方面所涉及的葡萄糖传感器的工作电极的制备方法中，可选地，所述导电层具有多个所述限位槽，且多个所述限位槽的表面积之和不小于所述导电层的表面积的50％。由此，能够增加传感部的葡萄糖分子与导电层的接触面积。

附图说明

图1是示出了本公开的实施方式所涉及的葡萄糖监测探头使用状态的示意图。

图2是示出了本公开的实施方式所涉及的葡萄糖传感器的平面结构图。

图3是示出了图2所涉及的葡萄糖监测探头处于弯折状态的结构示意图。

图4是示出了本公开的实施方式所涉及的工作电极没有覆盖半透膜时的立体示意图。

图5是示出了本公开的实施方式所涉及的工作电极的俯视图。

图6是示出了图5所涉及的工作电极覆盖有半透膜时沿线B-B'的截面图。

图7是示出了本公开的实施方式所涉及的工作电极的制备方法的流程图。

图8(a)-图8(e)是示出了本公开的实施方式所涉及的工作电极的制备方法的立体示意图。

具体实施方式

以下，参考附图，详细地说明本公开的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。

另外，在本公开的下面描述中涉及的小标题等并不是为了限制本公开的内容或范围，其仅仅是作为阅读的提示作用。这样的小标题既不能理解为用于分割文章的内容，也不应将小标题下的内容仅仅限制在小标题的范围内。

在本公开中，葡萄糖传感器可以简称为“传感器”，葡萄糖传感器的探头可以简称为“探头”，葡萄糖传感器的工作电极可以简称为“工作电极”，葡萄糖传感器的工作电极的制备方法可以简称为“制备方法”。另外，本公开所涉及的葡萄糖传感器的工作电极及其制备、滴涂方法不仅仅适用于葡萄糖传感器，还适用于其他生理参数的监测电极例如可以用于检测尿酸的尿酸检测传感器、可以用于检测胆固醇的胆固醇监测传感器等，只需要将工作电极传感部中的敏感试剂替换为与其目标分析物发生特异性反应的相应的酶等。此外，除了生理参数的监测电极，在其他需要控制滴涂形貌的其他生产工艺过程中，本公开中的通过在滴涂部位形成容积与滴涂量相匹配的具有预定形状的限位槽来控制滴涂形貌的方法也适用。

图1是示出了本公开的实施方式所涉及的葡萄糖监测探头使用状态的示意图。图2是示出了本公开的实施方式所涉及的葡萄糖传感器的平面结构图。图3是示出了图2所涉及的葡萄糖监测探头处于弯折状态的结构示意图。

在本实施方式中，葡萄糖传感器探头S有时也可以称为植入式葡萄糖监测探头、葡萄糖监测仪的探头S或探头S。

在本实施方式中，便携式葡萄糖监测仪G可以包括葡萄糖传感器探头S和与探头S相连接的电子系统S'。通过将便携式葡萄糖监测仪G的探头S植入到体表，与体表的组织液接触，从而能够利用探头S感测组织液的葡萄糖浓度信号，通过将该葡萄糖浓度信号传递给电子系统S'，从而能够获得相应的葡萄糖浓度。

具体而言，葡萄糖传感器探头S的一部分(特别是传感部分)可以被植入于例如人体的体表而与体内的组织液接触。另外，葡萄糖传感器探头S的另一部分还与位于体表的电子系统S'连接。在便携式葡萄糖监测仪G工作时，葡萄糖传感器探头S与体内的组织液反应生成感测信号(例如电流信号)，并且将感测信号传输至体表的电子系统S'，电子系统S'对感测信号进行处理，以获得葡萄糖浓度。尽管图1示出了葡萄糖传感器探头S的配置位置，但是本实施方式不限于此，例如葡萄糖传感器探头S也可以配置在腹部、腰部、腿部等。

在本实施方式中，尽管葡萄糖传感器探头S直接检测的是组织液的葡萄糖，但组织液的葡萄糖浓度与血液的葡萄糖浓度强关联性，通过组织液的葡萄糖可以判断出血液的葡萄糖浓度。

在本实施方式中，葡萄糖传感器探头S可以包括工作电极1、参比电极2和对电极3(参见图2)。在一些示例中，工作电极1、参比电极2和对电极3均可以具有绝缘性的基底层10(稍后描述)作为衬底。在一些示例中，工作电极1、参比电极2和对电极3均的基底层10作可以是完整的一个衬底而部分为三部分。另外，葡萄糖传感器探头S还可以包括与工作电极1经由引线连接的触点4、与工作电极2经由引线连接的触点5、以及与参比电极3经由引线连接的触点6。在一些示例中，葡萄糖传感器探头S可以经由触点4、触点5和触点6与电子系统2连接。

在本实施方式中，为了方便说明，葡萄糖传感器探头S可以分为连接部分Sa和植入部分Sb(参见图3)。图3中的直线A-A'大致示出了葡萄糖传感器探头S植入到组织体表时皮肤所在的大致位置。在植入后，植入部分Sb在皮肤浅层，并使电子系统S'贴紧于皮肤表面，葡萄糖传感器探头S的连接部分Sa(参见图3)与电子系统S'相连接且位于皮肤表面。

图4是示出了本公开的实施方式所涉及的工作电极没有覆盖半透膜时的立体示意图。

在批量生产葡萄糖传感器时，同一批次生产的传感器的工艺参数一致性非常重要，如果工艺参数的一致性好，则不需要将批次内的各个传感器单独进行校正，对整批传感器进行出厂批量校准即可。为了实现良好的工艺参数一致性，需要控制工作电极1的传感部30的面积、形貌以及导电层20和传感部30上的半透膜40的膜厚、扩散系数中的至少一种。工作电极1的传感部30主要通过滴涂工艺形成，但是在滴涂过程中，由于滴涂表面无法做到形貌、粗糙度百分之百一致，滴涂试剂在滴涂表面容易不规则地流淌导致通过滴涂葡萄糖敏感试剂310而形成的传感部30面积、形貌不可控。因此，为了实现良好的工艺参数一致性，控制工作电极1的传感部30的面积、形貌等一致性非常重要。

在本实施方式中，参见图4，葡萄糖传感器的工作电极1可以包括：基底层10，其由绝缘性材料构成，并且经过预处理形成有规定粗糙度的表面；导电层20，其被布置在基底层10上并具有沿导电层20的预定方向排列的至少一个限位槽210，至少一个限位槽210通过在导电层20的表面涂覆光敏材料形成光敏层220，并按照预定图案固化光敏层220后去除未固化的光敏层220而形成在导电层20的表面上，预定图案包括沿导电层20的预定方向排列的至少一个封闭图形；以及传感部30，其通过将预定量的葡萄糖敏感试剂310滴涂于至少一个限位槽210并经固化形成。

根据本公开所涉及的葡萄糖传感器的工作电极1，不需要复杂表面处理方法来获得相同浸润角的液滴，而是在工作电极1表面通过固化光敏材料形成至少一个具有一定形状的限位槽210，滴涂的预定量的葡萄糖敏感试剂310可以容纳于限位槽210中并形成与限位槽210形状相同的形貌，从而能够方便地控制大批量生产的工作电极1中传感部30的面积和形貌的一致性，获得具有一致性工艺参数的葡萄糖传感器。另外，通过改变限位槽210的容积、形状以及滴涂量，可以方便地改变传感部30的面积和形貌等。

图5是示出了本公开的实施方式所涉及的工作电极的俯视图。图6是示出了图5所涉及的工作电极覆盖有半透膜时沿线B-B'的截面图。

(基底层10)

在本实施方式中，如上所述，工作电极1可以包括基底层10。在一些示例中，基底层10可以由绝缘性材料构成。

在一些示例中，基底层10可以选自柔性绝缘材料。柔性绝缘材料可以为聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对二甲苯(Parylene)、硅树脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙二醇(PEG)或聚四氟乙烯树脂(Teflon)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚对萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等中的至少一种。由此，能够使基底层10兼具柔性和绝缘性，能够减轻植入体内后的不适感。

在另一些示例中，基底层10可以选用非柔性绝缘材料。非柔性材料可以大体包括陶瓷、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氧化铝或二氧化硅等。在这种情况下，基底层10可以具有很好的支撑性能。另外，当基底层10为非柔性绝缘材料时，可以制成易于植入的形状，例如针尖状，在这种情况下，能够在不需要辅助植入装置(未图示)例如助针器的情况下将包括工作电极1的探头植入体表(例如，皮肤浅层等)中。

在本实施方式中，在一些示例中，基底层10的表面可以进行预处理以达到规定的粗糙度。预处理可以包括抛光、等离子气体清洗、超声清洗、氮气干燥等。规定粗糙度是指基底层10的表面的粗糙度的范围有利于形成导电层20的材料的附着在基底层10。由此，能够便于导电层20在基底层10上形成，降低分层或滑动的可能性。

在一些示例中，基底层10的厚度可以为100-200μm。由此，基底层10可以具有良好的绝缘和支撑性能。

(导电层20)

在本实施方式中，如上所述，工作电极1可以包括导电层20。导电层20可以设置在基底层10上。在一些示例中，导电层20可以通过丝网印刷、喷印、真空磁控溅射、蒸发或镀敷等方式设置在基底层10上。

在一些示例中，导电层20的材料可以为金属导电材料。金属导电材料可以选自银、铂、金、钛、钯、铱、铌中的至少一种或其合金。由此，能够使导电层20具有良好的导电性。在另一些示例中，导电层20的材料还可以为具有导电性的非金属材料。具有导电性的非金属材料可以选自玻璃碳、石墨等具有导电性的非金属材料。

在本实施方式中，在一些示例中，导电层20可以是平整的。由此，能够便于在导电层20上形成至少一个限位槽210。

在本实施方式中，在一些示例中，导电层20的厚度可以为5-25μm。由此，导电层20能够不至于过厚而影响工作电极1的抗弯折性。

在一些示例中，导电层20可以覆盖整个基底层10。换言之，导电层20可以完整地覆盖基底层10且没有被分割为不相连的多个部分。在另一些示例中，导电层20可以仅覆盖部分基底层10。换言之，导电层20可以仅完整地覆盖一部分基底层10的一部分以形成足够面积的导电层20，足够面积为至少可以供预定图案的至少一个限位槽210能够形成在导电层20上的最小面积。

在一些示例中，导电层20的表面可以进一步设置纳米颗粒层(未图示)，例如金纳米颗粒、铂纳米颗粒等。在一些示例中，纳米颗粒层可以为多孔状。在一些示例中，纳米颗粒层可以通过例如电镀、溅射等方式设置在导电层20的表面。由此，能够增加传感部30的葡萄糖敏感试剂310中的酶与导电层20的接触面积。

在一些示例中，导电层20的表面或限位槽210的表面可以进一步设置由丝状的纳米纤维构成的纳米纤维三维网络结构(未图示)。纳米纤维三维网络结构可以以纳米颗粒层为底形成，即，可以以纳米颗粒层中的纳米颗粒为基础，通过例如电镀聚苯胺等导电材料，在纳米颗粒上形成细而长的丝状纳米纤维，若干丝状纳米纤维彼此交叉形成纳米纤维三维网络结构。由此，能够提高葡萄糖酶的附着量并且具有较好的导电性。

在一些示例中，光敏层220的厚度可以小于导电层20的厚度。由此，能够形成深度合适的限位槽210，另外，便于半透膜40包覆限位槽210或传感部30。在另一些示例中，光敏层220的厚度可以等于或大于导电层20的厚度。

在本实施方式中，在一些示例中，导电层20上可以具有沿导电层20的预定方向排列的至少一个限位槽210。导电层20的预定方向可以是例如导电层20的长度方向。由此，能够优化工作电极1的植入面积。

在本实施方式中，在一些示例中，至少一个限位槽210通过在导电层20表面涂覆光敏材料形成光敏层220，并按照预定图案固化光敏层220后去除未固化的光敏层220而形成在导电层20的表面上。预定图案包括沿导电层20的预定方向排列的至少一个封闭图形。换言之，每一个限位槽210在导电层20上的投影都是一个封闭图形，也即，固化的光敏层220形成了限位槽210的壁，且限位槽210的壁围成了一个封闭图形的形状，导电层20的表面与光敏材料固化形成的壁组成了具有一定容积的限位槽210。向其中滴涂预定量(不大于限位槽210的容积)的葡萄糖敏感试剂310，葡萄糖敏感试剂310能很好地被限制在限位槽210中，而不会从侧壁漏出扩散。

在另一些示例中，光敏层220可以不存在，而至少一个限位槽210可以通过例如掩膜印刷等方式直接在导电层20上印制预定图案而形成的。

在一些示例中，预定图案包括沿着预定方向排列的至少一个封闭图形。在一些示例中，封闭图形的个数可以为例如1个、3个、5个、7个。在一些示例中，封闭图形可以为圆形、卵圆形、矩形、三角形或不规则形状。

在一些示例中，每一个封闭图形的大小和形状可以均一致。在另一些示例中，每一个封闭图形的大小和形状可以不完全一致。但是同一批次的不同工作电极1的包括封闭图形的预定图案应保持一致，以便控制滴涂的葡萄糖敏感试剂310的体积、形成的传感部30的整体面积、形貌的一致性，从而便于控制同一批次的不同工作电极1之间初始灵敏度的一致性。

在一些示例中，同一个工作电极1上的至少一个封闭图形沿直线状排列。由此，能够获得直线状排列的至少一个限位槽210。

在一些示例中，至少一个限位槽210直线状排列。由此，能够提高地图效率。另外，限位槽210(限位槽210a、限位槽210b、限位槽210c)也可以按其他形状例如曲线状、折线状排列。

在一些示例中，限位槽210可以形成于工作电极1的大致中央位置。另外限位槽210还可以是平底凹槽_。由此，能够容纳未固化的葡萄糖敏感试剂310。

在本实施方式中，限位槽210的直径或最大宽度可以为100-150μm。由此，传感部30具有足够大的面积使得葡萄糖传感器具有较高灵敏度。

在一些示例中，限位槽210可以为圆形槽或卵形槽。由此，能够便于滴涂的葡萄糖敏感试剂310在限位槽210内流动并填充限位槽210的边沿以形成需要的形貌。在另一些示例中，限位槽210可以为矩形槽或不规则形状的槽。由此，能够根据设计优化限位槽210的形貌。

在一些示例中，当导电层20只有一个限位槽210时，一个限位槽210的表面积不小于导电层20的表面积。在一些示例中，多个限位槽210例如图4中所示的限位槽210a、限位槽210b、限位槽210c(为方便说明，下面在描述各个限位槽时均使用210来指代)的表面积之和可以不小于整个导电层20的表面积的50％，例如可以是50％，60％，70％，80％或90％等。由此，能够增加传感部30的葡萄糖分子与导电层20的接触面积，从而能够提高葡萄糖传感器的灵敏度。

(传感部30)

在本实施方式中，如上所述，工作电极1可以包括传感部30。传感部30可以设置在导电层20的至少一个限位槽210上。传感部30通过在限位槽210中滴加预定量的葡萄糖敏感试剂310并固化后形成。根据不同的葡萄糖敏感试剂310的特性以及预定量，能够得到不同的传感部30。

在一些示例中，葡萄糖敏感试剂310完全填充限位槽210。换言之，预定量的葡萄糖敏感试剂310的体积与限位槽210的容积相同，传感部30的表面与限位槽210的上边沿的任意两点之间的连线齐平。在这种情况下，葡萄糖敏感试剂310被限制于限位槽210内，由此能够控制传感部30的面积和形貌，避免未烘干的葡萄糖敏感试剂310到处流淌，形成不规则的形状。

在一些示例中，传感部30在限位槽210中呈微凸起状。换言之，预定量的葡萄糖敏感试剂310的体积略大于限位槽210的容积，由于表面张力的作用，未固定的葡萄糖敏感试剂310的液面略高于导电层20的上表面，而又没有扩散至超过限位槽210的侧面的边缘导致固化后传感部30的形貌变化较大，因此，仍然能够较好地控制传感部30的面积和形貌的一致性。

在另一些示例中，传感部30的表面低于导电层20的上表面，即，预定量的葡萄糖敏感试剂310的体积小于限位槽210的容积，葡萄糖敏感试剂310全部容纳与限位槽210中。

在本实施方式中，葡萄糖敏感试剂310能够与葡萄糖发生化学反应。在一些示例中，葡萄糖敏感试剂310可以包括葡萄糖酶、金属聚合物和交联剂。由此，葡萄糖敏感试剂310能够方便地附着在导电层20的限位槽210上并与葡萄糖发生特异性反应。

在一些示例中，葡萄糖敏感试剂310可以为包括酶、阳离子聚合物以及氧化还原电子介体的混合溶液。例如，葡萄糖敏感试剂310可以为例如葡萄糖氧化酶或脱氢酶的与阳离子聚合物、氧化还原电子介体例如铁氰化物、二氮杂菲醌或二茂铁以及交联剂的混合溶液。

在一些示例中，葡萄糖敏感试剂310可以根据实际目标分析物被替换，即替换为可以与体内的目标分析物发生特异性反应的敏感试剂，由此，可以实现检测除葡萄糖外的目标分析物的浓度的作用。例如，葡萄糖敏感试剂310可以被替换为乙酰胆碱、淀粉酶、胆红素、胆固醇、绒毛膜促性腺激素、肌酸激酶、肌酸、肌酸酐、DNA、果糖胺、葡萄糖、谷氨酰胺、生长激素、激素、酮体、乳酸盐、氧、过氧化物、前列腺特异性抗原、凝血酶原、RNA、促甲状腺激素和肌钙蛋白等所对应的特异性反应物质。

在本实施方式中，传感部30的厚度可以约为0.1μm～100μm，优选为2μm～10μm，在一些示例中，传感部30的厚度可以为10μm。在这种情况下，将传感部30厚度控制在一定程度内，从而避免了葡萄糖敏感试剂310附着力下降，造成材料在体内脱落，也避免了葡萄糖敏感试剂310里的葡萄糖酶酶过少而导致的反应不充分，无法反馈出正常的葡萄糖浓度信息等问题。

在一些示例中，葡萄糖敏感试剂310中的葡萄糖酶可以通过物理吸附、共价交联或包埋等方法附着并固定在工作电极1的表面。

在一些示例中，葡萄糖敏感试剂310中的葡萄糖酶可以附着在由导电性材料例如聚苯胺等形成的纳米纤维三维网络结构(未图示)中。由此，能够增加传感部30的酶的附着量以及具有良好的电信号传递性能。

在一些示例中，在葡萄糖敏感试剂310中，还可以包括碳纳米管，碳纳米管的质量百分数为5至10％。由此，能够增加葡萄糖酶的附着性并促进特异性反应的进行。在另一些示例中，葡萄糖敏感试剂310中还可以添加石墨烯、多孔二氧化钛或导电有机盐。由此，能更好的促进葡萄糖酶进行反应。

(半透膜40)

在本实施方式中，如上所述，工作电极1还可以包括半透膜40。在一些示例中，半透膜40可以设置在整个工作电极1的外部，即，覆盖整个包括导电层20和传感部30的工作电极1的表面。由此，能够具有良好的扩散控制作用。

在另一些示例中，半透膜40可以仅设置在传感部30上，即，仅覆盖所有的传感部30。由此，能够减少原材料的使用。

在本实施方式中，在一些示例中，半透膜40包括控制葡萄糖分子扩散的扩散控制层(未图示)。在这种情况下，组织液或血液中葡萄糖分子进入半透膜40时，葡萄糖分子的数量被成一定比例的缩小，使葡萄糖分子与传感部30的葡萄糖酶反应时，传感部30的葡萄糖酶处于过量状态，葡萄糖浓度成为限制工作电极1的电流的唯一因素，由此能够扩大葡萄糖传感器在监测葡萄糖浓度时的线性范围。

在一些示例中，半透膜40还包括层叠在扩散控制层上的抗干扰层(未图示)。在另一些示例中，扩散控制层也可以设置在抗干扰层外。在半透膜40中，扩散控制层可以控制葡萄糖分子的扩散，抗干扰层可以阻止非葡萄糖物质的扩散。在这种情况下，可以先减少通过半透膜40的组织液或血液成分，再通过抗干扰层将干扰物阻挡在半透膜40外。常见的干扰物可以包括体内普遍存在的尿酸、抗坏血酸、醋氨酚等。

在一些示例中，半透膜40可以是具有生物兼容性的扩散控制材料。由此，能够延长传感器探头植入体内后的使用时间。在本实施方式中，能够获得面积和形貌可控的传感部30，从而能够获得具有一致性工艺参数的葡萄糖传感器。

以下结合图7和图8描述葡萄糖传感器的工作电极1的制备方法，基底层10、导电层20、传感部30以及半透膜40的具体参数、材料、形貌的描述参见上述对应部分的内容。

图7是示出了本公开的实施方式所涉及的工作电极的制备方法的流程图。图8是示出了本公开的实施方式所涉及的工作电极的制备方法的立体示意图。

在本实施方式中，参见图7，葡萄糖传感器的工作电极1可以包括：基底层10，其由绝缘性材料构成，并且经过预处理形成有规定粗糙度的表面；导电层20，其布置在基底层10上，并具有沿导电层20的预定方向排列的至少一个限位槽210；以及传感部30，其设置在导电层20上。工作电极1的制备方法可以包括以下步骤：(a)准备具有绝缘性的基底层10并对基底层10进行预处理以使其表面具有规定的粗糙度(S10)；(b)在基底层10上形成导电层20(S201)，并在导电层20上涂覆具有生物兼容性的光敏层220，根据预定图案对光敏层220进行图案化以在导电层20上形成至少一个限位槽(S202)(S201与S202为S20的两个分解步骤)；(c)向至少一个限位槽210滴涂预定量的葡萄糖敏感试剂310以使葡萄糖敏感试剂310被保持在至少一个限位槽210的范围内，并对葡萄糖敏感试剂310进行固化而形成传感部30(S30)。

另外，在一些示例中，工作电极1的制备方法还可以包括(参见图7)步骤(d)在传感部30外设置控制葡萄糖分子通过的半透膜40(步骤S40)。由此，能够控制通过半透膜40的葡萄糖分子的数量，使传感部30的葡萄糖酶在反应时处于过量状态。

在本实施方式所涉及的葡萄糖传感器的工作电极1的制备方法中，不需要复杂表面处理方法来获得相同浸润角的液滴，而是在工作电极1表面通过固化光敏层220上的光敏材料形成至少一个具有一定形状的限位槽210，滴涂的预定量的葡萄糖敏感试剂310可以容纳于限位槽210中并形成与限位槽210形状相同的形貌，从而能够方便地控制大批量生产的工作电极1中传感部30的面积和形貌的一致性，获得具有一致性工艺参数的葡萄糖传感器。

在本实施方式中，在步骤S10中，准备具有绝缘性的基底层10并对基底层10进行预处理以使其表面具有规定的粗糙度。在一些示例中，可以通过旋涂、涂覆的方式在基板例如玻璃板、硅片上形成基底层10。在一些示例中，预处理可以包括抛光、等离子气体清洗、超声清洗、氮气干燥等。

如上所述，在步骤S201中，在一些示例中，参见图8(a)，导电层20可以通过丝网印刷、喷印、真空磁控溅射、蒸发或镀敷等方式设置在基底层10上。在另一些示例中，导电层20可以仅在设置至少一个限位槽210的区域范围内是平整的。

在步骤S202中，在一些示例中，参见图8(b)，待导电层20干燥后，可以在导电层20上旋涂或涂覆一层适当厚度的光敏材料例如光刻胶(包括正胶、负胶、反转胶或双层胶)、SU-8、光敏型聚酰亚胺形成光敏层220。由此，能够利用光敏材料的特性，通过光照部分固化光敏层220以在导电层20上形成具有预定图案的限位槽210。

在步骤S202中，在一些示例中，光敏层220的厚度可以为0.1-100μm，优选为1-20μm。在这种情况下，按照预定图案固化光敏层220后，形成的限位槽210具有相应的高度，有利于设计限位槽210的容积容纳预定量的葡萄糖敏感试剂310。

在本实施方式中，在一些示例中，在步骤202中，图案化的方法可以包括：通过光照射置于光敏层220上方的具有预定图案的掩膜板或利用组成预定图案的激光源照射光敏层220以使光敏层220部分固化，接着去除未固化的光敏层220以形成至少一个限位槽210。由此，能够利用光敏材料的特性在导电层20上形成具有预定图案的限位槽210。

在一些示例中，参见图8(c)，在到导电层20上设置光敏层220后，可以使用组成圆形的激光源照射光敏层220或用照射置于光敏层220上方的具有圆形图案的掩膜版，进行曝光、显影，从而将光敏层220中的光敏材料固化出圆形限位槽210的形状。接着，参见图8(d)，可以使用剥离(lift-off)工艺或用专用试剂除去未固化的光敏材料，从而使得光敏层220仅保留有固化的、形成在导电层20上的至少一个限位槽210。当然，限位槽210的形状不限于圆形，在另一些示例中，限位槽210还可以为卵形、矩形、多边形、不规则形状等。另外，导电层20上的限位槽210也不限于1个或3个，还可以为2个、4个、5个、7个等。在一些示例中，多个限位槽210可以不限于直线状排列，例如还可以折线状或曲线状或不规则状排列。

在本实施方式中，在一些示例中，在步骤S30中，参见图8(e)，可以向至少一个限位槽210滴涂预定量的葡萄糖敏感试剂310以使葡萄糖敏感试剂310被保持在至少一个限位槽210的范围内，并对葡萄糖敏感试剂310进行固化而形成传感部30。由此，能够在导电层20上的至少一个限位槽210内形成具有预定形貌、面积的传感部30，有利于控制大批量生产的工作电极1中传感部30的面积和形貌的一致性，获得具有一致性工艺参数的葡萄糖传感器。

在步骤S30中，在一些示例中，可以在常温条件下对葡萄糖敏感试剂310进行交联固化。在一些示例中，可以在常温(例如25℃±5℃)的空气中对葡萄糖敏感试剂310进行交联固化，优选固化40h以上，例如48h。由此，能够将葡萄糖敏感试剂310稳定地固定在限位槽210内并且空气中的水蒸气有利于交联稳固。在一些示例中，可以在常温的氮气柜中进行交联固化。由此，能够在固化过程中避免与环境中的活泼气体发生反应。在一些示例中，在交联固化完成后，可以放在低湿度的环境下对工作电极1进行保存，例如在常温的氮气柜中。由此，能够保持酶的活性。

在本实施方式中，参见图8，在一些示例中，首先预先调整滴涂设备每次滴涂的滴涂液剂量，即设定葡萄糖敏感试剂310的预定量，以匹配限位槽210的容积大小(例如使预定量体积与限位槽210的容积相等或略微大于限位槽210的容积但仍在表面张力作用的范围内)；调整微量滴注头的步进距离，使步进距离与导电层20上呈例如直线状排列的多个限位槽210的间距一致。然后移动滴涂设备的微量滴注头对准工作电极1的限位槽210，滴注头滴加葡萄糖敏感试剂310到限位槽210内。

在一些示例中，导电层20含有对位标记，滴涂设备具有自动光学检测(AOI)探头，在这种情况下，滴涂设备微量滴注头可以自动对准工作电极1的限位槽210。

在本实施方式中，在一些示例中，在步骤S40中，待传感部30干燥后，可以在传感部30外设置控制葡萄糖分子通过的半透膜40。在一些示例中，可以通过旋涂、涂覆或浸渍提拉等方式在传感部30上或整个工作电极1外设置半透膜40。

虽然以上结合附图和示例对本公开进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本公开。本领域技术人员在不偏离本公开的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本公开进行变形和变化，这些变形和变化均落入本公开的范围内。本领域技术人员将理解，一般而言，本公开中使用的术语一般意图为“开放”术语(例如术语“包括”应被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应被解释为“至少具有”，术语“包括”应被解释为“包括但不限于”等)。

Claims (10)

1.一种葡萄糖传感器的工作电极，其特征在于，

包括：

基底层，其由绝缘性材料构成，并且经过预处理形成有规定粗糙度的表面；

导电层，其被布置在所述基底层上并具有沿所述导电层的预定方向排列的至少一个限位槽，所述至少一个限位槽通过在所述导电层表面涂覆光敏材料形成光敏层，并按照预定图案固化所述光敏层后去除未固化的所述光敏层而形成在所述导电层的表面上，所述预定图案包括至少一个封闭图形；以及

传感部，其通过将预定量的葡萄糖敏感试剂滴涂于所述至少一个限位槽并经固化形成。

2.如权利要求1所述的工作电极，其特征在于，

所述至少一个限位槽直线状排列。

3.如权利要求1所述的工作电极，其特征在于，

在所述传感部上还覆盖有控制葡萄糖分子通过的半透膜。

4.如权利要求1所述的工作电极，其特征在于，

所述葡萄糖敏感试剂完全填充所述限位槽。

5.如权利要求1所述的工作电极，其特征在于，

所述限位槽为圆形槽或卵形槽。

6.根据权利要求1所述的工作电极，其特征在于，

所述导电层的材料选自玻璃碳、石墨、银、氯化银、铂、钯、铂-铱、钛、金或铱中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的工作电极，其特征在于，

所述葡萄糖敏感试剂能够与葡萄糖发生化学反应，所述葡萄糖敏感试剂包括葡萄糖酶、金属聚合物和交联剂。

8.一种葡萄糖传感器的工作电极的制备方法，所述工作电极包括：

基底层，其由绝缘性材料构成，并且经过预处理形成有规定粗糙度的表面；

导电层，其布置在所述基底层上，并具有沿所述导电层的预定方向排列的至少一个限位槽；以及

传感部，其设置在所述导电层上；

所述制备方法的特征在于包括以下步骤：

(a)准备具有绝缘性的基底层并对所述基底层进行预处理以使其表面具有规定的粗糙度；

(b)在所述基底层上形成所述导电层，并在所述导电层上涂覆具有生物兼容性的光敏层，根据预定图案对所述光敏层进行图案化以在所述导电层上形成所述至少一个限位槽，所述预定图案包括至少一个封闭图形；

(c)以使所述葡萄糖敏感试剂被保持在所述至少一个限位槽的范围内的方式向所述至少一个限位槽滴涂预定量的葡萄糖敏感试剂，并对所述葡萄糖敏感试剂进行固化而形成所述传感部。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，

在步骤(b)中，所述图案化的方法包括：通过光照射置于所述光敏层上方的具有所述预定图案的掩膜板或利用组成所述预定图案的激光源照射所述光敏层以使所述光敏层部分固化，接着去除未固化的所述光敏层以形成所述至少一个限位槽。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，

所述导电层具有多个所述限位槽，且多个所述限位槽的表面积之和不小于所述导电层的表面积的50％。

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