CN102735727A - 一种葡萄糖传感器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种葡萄糖传感器的制备方法，步骤包括：（1）碳微纳结构的集成工艺，得到碳微电极结构、集成碳纳米管的碳微纳结构或集成二氧化硅纳米线的碳微纳结构；（2）电化学沉积步骤：将葡萄糖氧化酶被固化在碳微电极结构表面。本发明通过在SU8负胶中混合碳纳米管、金属催化的方法，分别将碳纳米管、氧化硅纳米线集成在碳微电极结构上，制备出集成碳纳米管的碳微纳结构、集成二氧化硅纳米线的碳微纳结构两种微纳集成结构，结合电化学沉积的方法，使得本发明与传统葡萄糖传感器相比在灵敏度上得到数量级的提高。本发明运用于葡萄糖浓度检测器件中，具有较好的性能，较大的电流响应、较高的灵敏度和较宽的检测限。

Description

一种葡萄糖传感器的制备方法

技术领域

本发明涉及碳微/纳机电系统（C-MEMS/NEMS），具体涉及一种基于碳微纳集成结构的葡萄糖传感器的制备方法。

背景技术

葡萄糖是动植物体内碳水化合物的主要组成部分，作为人体血液中的重要化学成分，其浓度一直是评价人体健康状况的重要信息，是衡量新陈代谢水平的主要指标。因而，葡萄糖传感器是生物传感器领域研究最多、商品化最早的生物传感器。经过近半个世纪的努力，葡萄糖传感器的研究和应用己有了很大的发展，在食品分析、发酵控制、临床检验等方面发挥着重要的作用。

近来，碳材料被人们预见可应用在三维微电池、生物芯片、微型电化学传感器、分子开关等微机电系统（MEMS）领域。选用碳材料是微机电系统发展几十年以来的又一次材料上的创新。碳微机电系统工艺将光刻胶通过曝光、显影等步骤造型后，再将其放入特定的温度、气体环境下进行热解从而得到碳结构。该工艺简便易行，通过选择黏度较高的光刻胶还可以相对轻松地制备出具有高深宽比的碳微结构。碳微机电系统工艺的优势在于，它可以简便地制备出具有高深宽比的碳微结构，这样的结构可以应用在基于碳的电子学、传感器学、电池学、微流体学等等场合。其中一个最为典型的应用是碳微机电系统工艺制备柱状碳微电极阵列。碳微机电系统工艺制备碳微电极的优势相当明显，且具有一定的创新意义。首先，相比以往工艺其具有结构设计灵活且图形分辨率高、工艺简便、可重复性好、成本低等优点；其次，碳材料用于微机电系统是少见的，它具有优良的导电导热性、化学惰性、生物兼容性、较轻的质量、以及比Pt、Au更宽的伏安窗口；最后，也是最重要的是对该工艺进行改进后可以相对轻松的制备出具有高深宽比、高容量、高比表面积的碳微电极阵列。

在电化学实验中通过修正电化学沉积条件，例如调整聚合物种类、蛋白酶的浓度，可以控制聚合材料中酶的数量和空间分布。在三维碳微纳结构中，导电聚合物可以沉积成各种各样的电极形状，同时葡萄糖氧化酶被固化在三维电极表面。而且聚吡咯薄膜有助于生成大量电活性中心，缩短每条电子转移的路径，加速电子从反应点到电极表面的转移。电化学生物传感器具有许多不可替代的优点：首先，它结构简单，对检测仪器的要求不高，因此具有成本便宜、携带方便的优点；其次，电化学传感器灵敏度高，甚至已经远远超过了许多目前最灵敏的生物测定方法；再次，电化学分析方法选择性好，可以直接测定复杂样品；同时，电化学传感器可以实现快速实时监测；最后，它的操作简便、并易于小型化、智能化，电极系统将电化学反应直接转换成电信号，可以实现临床和现场的实时自动化检测分析。

纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，因此能够显示出独特的物理化学性质及良好的催化活性和生物兼容性，近年来被广泛应用于生物传感器的构造和生物芯片的开发等。基于纳米材料修饰的电化学生物传感器表现出较好的性能，如较大的电流响应、较高的灵敏度和较宽的检测限。在酶传感器中使用纳米材料，不仅可以增加酶的吸附量和稳定性，而且还可以提高酶的催化活性，使酶电极的电流响应灵敏度得到显著提高。金属纳米颗粒的比表面积大，表面反应活性高，具有较高的催化效率以及较强的吸附能力，在电化学反应中可以作为优良的电子传递媒介。

发明内容

本发明的目的在于提供一种葡萄糖传感器的制备方法，该方法制作出具有较高比表面积、良好导电特性和电化学特性的碳微纳结构，并进一步采用电化学聚合反应制作出高灵敏度的基于碳微纳集成结构的传感器，用于葡萄糖浓度检测。

本发明的葡萄糖传感器的制备方法，其步骤如下：

(1)制备碳微纳结构，所述碳微纳结构为碳微电极结构、集成有碳纳米管的碳微纳结构或集成二氧化硅纳米线的碳微纳结构；

(2)电化学沉积步骤：通过电化学反应将吡咯分子单体聚合到碳微纳结构表面，使碳微纳结构表面得到一层聚吡咯(PPy)薄膜，同时将葡萄糖氧化酶(GOD)包埋在碳微纳结构与聚吡咯(PPy)薄膜之间，制备出基于碳微结构的葡萄糖传感器。

所述制备碳微纳结构的步骤为：

(1.1)预处理：清洗硅基片；

(1.2)匀胶：在预处理后的基片上旋涂光刻胶；匀胶后进行前烘处理；

(1.3)曝光：将前烘处理后的基片进行曝光，曝光后进行中烘处理；

(1.4)显影：对中烘处理后的基片进行显影，并进行后烘处理，得到光刻胶微结构；

(1.5)热解：对后烘处理的硅基片热解即得碳微纳集成结构。

通过上述步骤即可得到碳微电极结构。

制备集成有碳纳米管的碳微纳结构时，在（1.2）匀胶步骤中，先将碳纳米管和显影液的混合溶液进行超声降解以形成均匀的悬浮液；其次将所得的悬浮液混合在SU-8胶中，再经过超声降解即可得到均匀掺杂的光刻胶，其他步骤与制备碳微电极结构相同，即可制备出集成有碳纳米管的碳微纳结构。

制备集成二氧化硅纳米线的碳微纳结构时，在（1.5）热解步骤前，在得到的光刻胶微结构上沉积一层金属铜膜，其他步骤与制备碳微电极结构相同，即可制备出基于表面集成二氧化硅纳米线的碳微纳结构的葡萄糖传感器。

所述制备碳微纳结构的制备步骤中，所用光刻胶为负型光刻胶（如SU-8负型光刻胶），利于得到高深宽比的结构从而在热解时提供足够的碳源，从而产生大量的纳米结构

所述的制备集成有碳纳米管的碳微纳结构的制备步骤中，掺杂的光刻胶中，碳纳米管的浓度范围为0.2-0.8mg/ml。

所述的热解步骤中，不需要另外通入其他的碳源气体，只需分两步或多次逐步升高温度进行热解，对于表面集成二氧化硅纳米线的碳微纳结构，最高温度严格控制为1000℃～1200℃，对于其它二种碳微纳结构，最高温度严格控制为800℃～1200℃。

所述电化学沉积步骤中，电化学过程中所采用的电化学溶液在25℃时pH范围为5.0-9.0。

所述电化学溶液包括吡咯单体、葡萄糖氧化酶和磷酸钾缓冲液，其中，吡咯单体的浓度范围为0.01-0.3mol/L，葡萄糖氧化酶的浓度范围为50-200U/ml，磷酸钾缓冲液的浓度范围为0.05-0.4mmol/L。磷酸钾缓冲液的加入可以保持反应中溶液酸碱度的恒定以及调节pH值。

所述的基于碳微纳集成结构的葡萄糖传感器的制备过程，电极表面纳米结构在葡萄糖氧化酶固化的过程中会被包埋在聚吡咯薄膜中，纳米结构本身所固有的较大比表面积会增加聚吡咯薄膜的比表面积，创造更多的反应活性点。此外纳米结构会建立起葡萄糖氧化酶和电极之间的直接电子传输通道，提高电子传输速率，进一步改善传感器的响应时间。

本发明利用生长有纳米结构的碳微纳电极结构，碳微纳电极结构制作工艺成熟，重复性好，易制备出具有超高深宽比（>10:1）的电极，易实现规模化和产业化生产。而对于三种集成有纳米结构的碳微纳电极结构中，集成二氧化硅纳米线的碳微纳结构制作工艺简单，在Cu催化作用下，在1000℃即可完成制作，对于设备要求较低，且样品具有良好的一致性，利于规模化生产。

其中，基于碳微电极结构的葡萄糖传感器，在测试过程中，其电流密度与葡萄糖浓度之间具有良好的线性度，在1mmol/L-20mmol/L范围内的响应时间均小于40s，灵敏度维持在100nA/(mmol/L)级别，与传统的基于印刷电极的葡萄糖氧化酶型的传感器相比性能提高约5倍左右。但是基于碳微电极结构制备工艺的成熟度，易通过碳微电极结构的更高深宽比的结构来进一步提高传感器的性能，在所有电极中最容易实现规模化生产，具有良好的商业应用前景；

集成碳纳米管的碳微纳葡萄糖传感器的电流密度与葡萄糖浓度之间线性度有所下降，但仍然保持着良好的线性关系，其最突出的优点是灵敏度较高，在1mmol/L-20mmol/L范围内均维持1000nA/(mmol/L)量级，与基于碳微电极结构的葡萄糖传感器相比性能得到几十倍的提高，但存在着响应时间较长的缺点，同时集成碳纳米管的碳微纳葡萄糖传感器的制作工艺与基于碳微电极结构的葡萄糖传感器的制备工艺相比较为复杂。综上，集成碳纳米管的碳微纳葡萄糖传感器易在对于灵敏度要求较高，但是对于响应时间不敏感的场合，如精密的生物实验中，得到大规模应用；

集成二氧化硅纳米线的碳微纳葡萄糖传感器具有媲美集成碳纳米管的碳微纳葡萄糖传感器的较高灵敏度，在1000-10000nA/(mmol/L)量级，响应时间小于50s。因为集成二氧化硅纳米线的碳微纳葡萄糖传感器较为简单的的制作工艺，Cu催化剂的作用下，在较低温度就能够生产出具有较高一致性的样品，能够同时满足规模化生产以及高灵敏度、较短响应时间等要求，能够方便用于葡萄糖浓度检测。

综上所述，本发明将纳米材料集成在碳微电极结构中，制作出具有较高比表面积、良好导电特性和电化学特性的碳微纳集成结构，并进一步采用电化学聚合反应制作出高灵敏度的表面集成纳米结构的碳微纳电极的葡萄糖传感器，用于葡萄糖浓度检测。

附图说明

图1为本发明实例提供的葡萄糖传感器制备工艺过程的流程图；图中，1为硅片，2-1为光刻胶，2-2为光刻胶柱，2-3为碳柱，3为掩膜板，4为金属铜层，5为二氧化硅纳米线或者碳纳米管，6为葡萄糖氧化酶，7为聚吡咯膜。

图2(a)为碳微电极结构电化学沉积过程示意图，图2(b)为集成有碳纳米管或二氧化硅纳米线的碳微纳电极结构电化学沉积过程示意图；图中，1为硅片，2-3为碳柱，3为掩膜板，6为葡萄糖氧化酶，7为聚吡咯膜。

图3为三电极直流沉积聚吡咯和葡萄糖氧化酶实验装置示意图；图中，9为Ag/AgCI参比电极，10为Pt丝对电极，11为工作电极。

图4为实施例1中，基于集成碳纳米管的碳微纳结构的葡萄糖传感器的典型形貌SEM图片；

图5为实施例4中，基于碳微电极结构的葡萄糖传感器的典型形貌SEM图片。

图6为实施例15中，基于集成二氧化硅纳米线的碳微纳结构的葡萄糖传感器的典型形貌SEM图片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

基于碳微电极结构的葡萄糖传感器的制备。

(1-1)预处理步骤：对硅片用丙酮超声5min，然后放入SPM溶液（V双氧水：V浓硫酸=1：2），80℃热板上加热15min，用去离子水冲洗干净后将基片进行烘干处理，烘干温度为200℃，时间为10分钟，冷却到室温；

(1-2)匀胶步骤：在KW-4A型匀胶机上对预处理后的硅基片上涂覆上述掺杂后的SU-8光刻胶，两步涂胶，第一步先在低速500r/min旋转50s，再以高速1000r/min旋转100s；匀胶后对所得硅基片进行前烘处理，65℃加热30min，然后120℃加热5min；

(1-3)曝光步骤：将前烘处理过的硅基片进行曝光，所用光刻机型号为Karl Suss MA6，曝光剂量为5-7mW/cm²，波长365nm，曝光时间为100s；曝光后对硅基片进行中烘处理，温度为95℃，加热30min；

(1-4)显影步骤：对中烘处理后的硅基片显影，硅基片放入显影液中，等显影完后进行后烘处理，温度100℃，加热3min。以上各步的工艺参数如表1所示

表1实施例的厚胶光刻工艺参数（SU -8GM1075型光刻胶）

(1-5)热解步骤：将经过后烘处理的硅基片放入GSL-1400X型真空管式炉，分三次逐步升高温度进行热解，具体过程为：

（1-5-1）抽真空，真空度达到10^-3Tor，目的是排出氧气以防光刻胶结构被烧毁；

（1-5-2）以2000标况毫升每分（sccm）通入氮气，目的是进一步排出多余的氧；

（1-5-3）从常温以升温速率5℃/min升到300℃，保温30min，持续以2000sccm通入氮气；这一过程为的是进一步去除水汽加强附着，达到坚膜作用，用较低的升温速率以及300℃保持30min，是为了使坚膜充分进行；

（1-5-4）接着以升温速率10℃/min从300℃升到700℃，保温60min，持续以2000sccm通入氮气；热分解主要发生在这个温度区间，光刻胶的质量收缩也最大；采用较低的升温速率有利于光刻胶充分热解并排放气体副产物；保温60min是为了使排气反应剧烈的胶层得以稳定一段时间，从而使氮气充分带走气态副产物，以免胶层发生形变；

（1-5-5）最后以升温速率10℃/min从700℃升温到1000℃，此时通入氮气（95％）/氢气(5％)并保温60min，使胶层碳化更彻底，电阻率更低；混合气体中氢气的作用是进一步降低氧含量；

（1-5-6）热解完之后使硅基片自然冷却至室温，以减少薄膜的内应力，同时继续以2000sccm通入氮气，不但可以加速降温，并且可以带走热解碳层表面的氧气。

设定升温过程为逐步上升而不是一步到位的原因在于，保持环境温度始终低于胶层逐步上升的玻化温度，防止胶层发生流动畸变。本实施例中三步热解主要工艺参数列于表2中。

表2实施例的三步法热解工艺参数

（2）电化学沉积步骤：电化学聚合反应采用电化学工作站的恒电位模式（0.7V）下的三电极体系进行：工作电极为碳微纳电极，参比电极为Ag/AgCI电极，Pt丝电极作为对电极。采用的溶液：25℃时pH为7.0，其中吡咯单体、葡萄糖氧化酶的浓度分别为0.1mol/L、100U/ml。为了保持反应中溶液酸碱度的恒定，需在溶液中加入0.1mmol/L的磷酸钾缓冲液。在0.7V的恒定电位下，采用240s的反应时间，制备好的聚合电极首先在去离子水中清洗，以除去没有结合牢固的葡萄糖氧化酶和吡咯，并放入pH为7.0的磷酸盐缓冲液室温下保存。

从基于碳微电极结构的葡萄糖传感器中发现聚吡咯/葡萄糖氧化酶不仅覆盖在三维电极表面，在碳互联层也能观察到大量的聚吡咯/葡萄糖氧化酶。可看出聚吡咯/葡萄糖氧化酶大多均匀覆盖在三维电极的表面，在碳互联层只只观察到少量的聚吡咯/葡萄糖氧化酶存在。而且基于碳微电极结构的葡萄糖传感器电极表面具有较大的起伏和粗糙度，有助于在电极表面包埋更多数量的葡萄糖氧化酶，产生更多的反应点，同时能够增大与葡萄糖溶液的接触面积，在相同浓度的葡萄糖溶液中能够产生更大的检测电流密度，提高传感器的敏感度和改善检出极限。

实施例2-13：

实施例2-13均为基于碳微电极结构的葡萄糖传感器的制备，制备过程与实施例1相同，具体参数如下表3。

表3

实施例14：

基于集成碳纳米管的碳微纳电极的葡萄糖传感器的制备。

(1-1)预处理步骤：对硅片用丙酮超声5min，然后放入SPM溶液（V双氧水：V浓硫酸=1：2），80℃热板上加热15min，用去离子水冲洗干净后将基片进行烘干处理，烘干温度为200℃，时间为10分钟，冷却到室温；

(1-2)掺杂步骤：将2mg CNTs倒入10ml PGMEA显影液中，进行足够时间的超声降解以形成均匀的悬浮液，再将所得的悬浮液混合在40ml SU8胶（GM1075）中，混合均匀，得到碳纳米管浓度为0.4mg/ml的掺杂光刻胶。

(1-3)匀胶步骤：在KW-4A型匀胶机上对预处理后的硅基片上涂覆上述掺杂后的SU-8光刻胶，两步涂胶，第一步先在低速500r/min旋转50s，再以高速1000r/min旋转100s；匀胶后对所得硅基片进行前烘处理，65℃加热30min，然后120℃加热5min；

(1-4)曝光步骤：将前烘处理过的硅基片进行曝光，所用光刻机型号为Karl Suss MA6，曝光剂量为5-7mW/cm²，波长365nm，曝光时间为100s；曝光后对硅基片进行中烘处理，温度为95℃，加热30min；

(1-5)显影步骤：对中烘处理后的硅基片显影，硅基片放入显影液中，等显影完后进行后烘处理，温度100℃，加热3min。以上各步的工艺参数如表4所示

表4实施例的厚胶光刻工艺参数（SU -8GM1075型光刻胶）

(1-6)热解步骤：将经过后烘处理的硅基片放入GSL-1400X型真空管式炉，分三次逐步升高温度进行热解，具体过程为：

（1-6-1）抽真空，真空度达到10^-3Tor，目的是排出氧气以防光刻胶结构被烧毁；

（1-6-2）以2000标况毫升每分（sccm）通入氮气，目的是进一步排出多余的氧；

（1-6-3）从常温以升温速率5℃/min升到300℃，保温30min，持续以2000sccm通入氮气；这一过程为的是进一步去除水汽加强附着，达到坚膜作用，用较低的升温速率以及300℃保持30min，是为了使坚膜充分进行；

（1-6-4）接着以升温速率10℃/min从300℃升到700℃，保温60min，持续以2000sccm通入氮气；热分解主要发生在这个温度区间，光刻胶的质量收缩也最大；采用较低的升温速率有利于光刻胶充分热解并排放气体副产物；保温60min是为了使排气反应剧烈的胶层得以稳定一段时间，从而使氮气充分带走气态副产物，以免胶层发生形变；

（1-6-5）最后以升温速率10℃/min从700℃升温到1000℃，此时通入氮气（95％）/氢气(5％)并保温60min，使胶层碳化更彻底，电阻率更低；混合气体中氢气的作用是进一步降低氧含量；

（1-6-6）热解完之后使硅基片自然冷却至室温，以减少薄膜的内应力，同时继续以2000sccm通入氮气，不但可以加速降温，并且可以带走热解碳层表面的氧气。

设定升温过程为逐步上升而不是一步到位的原因在于，保持环境温度始终低于胶层逐步上升的玻化温度，防止胶层发生流动畸变。本实施例中三步热解主要工艺参数列于表5中。

表5实施例的三步法热解工艺参数

（2）电化学沉积步骤：电化学聚合反应采用电化学工作站的恒电位模式（0.7V）下的三电极体系进行：工作电极为碳微纳电极，参比电极为Ag/AgCI电极，Pt丝电极作为对电极。采用的溶液：25℃时pH为7.0，其中吡咯单体、葡萄糖氧化酶的浓度分别为0.1mol/L、100U/ml。为了保持反应中溶液酸碱度的恒定，需在溶液中加入0.1mmol/L的磷酸钾缓冲液。在0.7V的恒定电位下，采用240s的反应时间，制备好的聚合电极首先在去离子水中清洗，以除去没有结合牢固的葡萄糖氧化酶和吡咯，并放入pH为7.0的磷酸盐缓冲液室温下保存。

从集成碳纳米管的碳微纳葡萄糖传感器中发现聚吡咯/葡萄糖氧化酶不仅覆盖在三维电极表面，在碳互联层也能观察到大量的聚吡咯/葡萄糖氧化酶。电极表面比较平整，未观察到较大的起伏和粗糙度，另外还可发现聚吡咯/葡萄糖氧化酶薄膜的厚度较小。虽然平整的表面和较小的粗糙度减小了集成碳纳米管的碳微纳葡萄糖传感器的反应活性点以及其与葡萄糖溶液的接触面积，影响了传感器性能，但是较小厚度的聚吡咯/葡萄糖氧化酶薄膜缩短了电子传输路径，可以改善传感器的响应时间，同时碳互联层沉积的聚吡咯/葡萄糖氧化酶薄膜在一定程度上弥补了电极平整的表面和较小粗糙度带来的不利影响，充分利用了碳互联层的面积，对于电流密度的提高会有帮助。

实施例15-22：

实施例15-22均为制备集成碳纳米管的碳微纳葡萄糖传感器，制备过程与实施例14相同，具体参数如下表6.

表6

实施例23：

基于集成二氧化硅纳米线的碳微纳结构的葡萄糖传感器的制备

(1-1)预处理步骤：对硅片用丙酮超声5min，然后放入SPM溶液（V双氧水：V浓硫酸=1：2），80℃热板上加热15min，用去离子水冲洗干净后将基片进行烘干处理，烘干温度为200℃，时间为10分钟，冷却到室温；

(1-2)匀胶步骤：在KW-4A型匀胶机上对预处理后的硅基片上涂覆上述掺杂后的SU-8光刻胶，两步涂胶，第一步先在低速500r/min旋转50s，再以高速1000r/min旋转100s；匀胶后对所得硅基片进行前烘处理，65℃加热30min，然后120℃加热5min；

(1-3)曝光步骤：将前烘处理过的硅基片进行曝光，所用光刻机型号为Karl Suss MA6，曝光剂量为5-7mW/cm²，波长365nm，曝光时间为100s；曝光后对硅基片进行中烘处理，温度为95℃，加热30min；

(1-4)显影步骤：对中烘处理后的硅基片显影，硅基片放入显影液中，等显影完后进行后烘处理，温度100℃，加热3min。以上各步的工艺参数如表7所示

表7实施例的厚胶光刻工艺参数（SU -8GM1075型光刻胶）

(1-5)沉积金属铜膜：沉积金属步骤：在显影得到的光刻胶微结构上沉积一层或多层铜，作为催化剂，催化二氧化硅纳米线的生长。

(1-6)热解步骤：将经过后烘处理的硅基片放入GSL-1400X型真空管式炉，分三次逐步升高温度进行热解，具体过程为：

（1-6-1）抽真空，真空度达到10^-3Tor，目的是排出氧气以防光刻胶结构被烧毁；

（1-6-2）以2000标况毫升每分（sccm）通入氮气，目的是进一步排出多余的氧；

（1-6-3）从常温以升温速率5℃/min升到300℃，保温30min，持续以2000sccm通入氮气；这一过程为的是进一步去除水汽加强附着，达到坚膜作用，用较低的升温速率以及300℃保持30min，是为了使坚膜充分进行；

（1-6-4）接着以升温速率10℃/min从300℃升到700℃，保温60min，持续以2000sccm通入氮气；热分解主要发生在这个温度区间，光刻胶的质量收缩也最大；采用较低的升温速率有利于光刻胶充分热解并排放气体副产物；保温60min是为了使排气反应剧烈的胶层得以稳定一段时间，从而使氮气充分带走气态副产物，以免胶层发生形变；

（1-6-5）最后以升温速率10℃/min从700℃升温到1000℃，此时通入氮气（95％）/氢气(5％)并保温60min，使胶层碳化更彻底，电阻率更低；混合气体中氢气的作用是进一步降低氧含量；

（1-6-6）热解完之后使硅基片自然冷却至室温，以减少薄膜的内应力，同时继续以2000sccm通入氮气，不但可以加速降温，并且可以带走热解碳层表面的氧气。

设定升温过程为逐步上升而不是一步到位的原因在于，保持环境温度始终低于胶层逐步上升的玻化温度，防止胶层发生流动畸变。本实施例中三步热解主要工艺参数列于表8中。

表8实施例的三步法热解工艺参数

（2）电化学沉积步骤：电化学聚合反应采用电化学工作站的恒电位模式（0.7V）下的三电极体系进行：工作电极为碳微纳电极，参比电极为Ag/AgCI电极，Pt丝电极作为对电极。采用的溶液：25℃时pH为7.0，其中吡咯单体、葡萄糖氧化酶的浓度分别为0.1mol/L、100U/ml。为了保持反应中溶液酸碱度的恒定，需在溶液中加入0.1mmol/L的磷酸钾缓冲液。在0.7V的恒定电位下，采用240s的反应时间，制备好的聚合电极首先在去离子水中清洗，以除去没有结合牢固的葡萄糖氧化酶和吡咯，并放入pH为7.0的磷酸盐缓冲液室温下保存。

从基于集成二氧化硅纳米线的碳微纳结构的葡萄糖传感器中可观察到与以上两种电极均不同的现象，聚吡咯/葡萄糖氧化酶覆盖了所有的区域，包括三维电极表面和碳互联层的所有面积，表面虽然整体起伏不大，但是具有很多小突起，而且聚吡咯/葡萄糖氧化酶膜的厚度很大，这些综合起来可能会造成电流密度、灵敏度的提高，检出极限的降低，但是响应时间会增长。

实施例24-29：

实施例24-29均为制备集成二氧化硅纳米线的碳微纳结构的葡萄糖传感器，制备过程与实施例23相同，具体参数如下表9。

表9

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，它包括下述步骤：

(1)制备碳微纳结构，所述碳微纳结构为碳微电极结构、集成有碳纳米管的碳微纳结构或集成二氧化硅纳米线的碳微纳结构；

 (2)电化学沉积步骤：通过电化学反应将吡咯分子单体聚合到碳微纳结构表面，使碳微纳结构表面得到一层聚吡咯薄膜，同时将葡萄糖氧化酶包埋在碳微纳结构与聚吡咯薄膜之间，制备出基于碳微结构的葡萄糖传感器。

2.根据权利要求1所述的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述电化学沉积步骤中，电化学过程中所采用的电化学溶液在25℃时pH范围为5.0-9.0。

3.根据权利要求2所述的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述电化学溶液包括吡咯单体、葡萄糖氧化酶和磷酸钾缓冲液，其中，吡咯单体的浓度范围为0.01-0.3 mol/L，葡萄糖氧化酶的浓度范围为50-200 U/ml， 磷酸钾缓冲液的浓度范围为0.05-0.4 mmol/L。

4.根据权利要求1、2或3所述的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述碳微纳结构为碳微电极结构时，所述制备碳微纳结构的步骤为：

(1.1)预处理：清洗硅基片；

(1.2)匀胶：在预处理后的基片上旋涂光刻胶；匀胶后进行前烘处理； 

(1.3)曝光：将前烘处理后的基片进行曝光，曝光后进行中烘处理；

(1.4)显影：对中烘处理后的基片进行显影，并进行后烘处理，得到光刻胶微结构；

(1.5)热解：对后烘处理的硅基片热解即得碳微纳集成结构。

5.根据权利要求4所述的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述的热解步骤中，只需分两步或多次逐步升高温度进行热解，最高温度严格控制为800℃～1200℃。

6.根据权利要求1、2或3所述的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述碳微纳结构为集成有碳纳米管的碳微纳结构时，所述制备碳微纳结构的步骤为：

(1.1)预处理：清洗硅基片；

(1.2)匀胶：先将碳纳米管和显影液的混合溶液进行超声降解以形成均匀的悬浮液；其次将所得的悬浮液混合在SU-8胶中，再经过超声降解即可得到均匀掺杂的光刻胶，在预处理后的基片上旋涂掺杂的光刻胶，匀胶后进行前烘处理； 

(1.3)曝光：将前烘处理后的基片进行曝光，曝光后进行中烘处理；

(1.4)显影：对中烘处理后的基片进行显影，并进行后烘处理，得到光刻胶微结构；

(1.5)热解：对后烘处理的硅基片热解即得碳微纳集成结构。

7.根据权利要求6所述的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述的热解步骤中，只需分两步或多次逐步升高温度进行热解，最高温度严格控制为800℃～1200℃。

8.根据权利要求6所述的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，(1.2)匀胶过程中，掺杂的光刻胶中碳纳米管的浓度范围为0.2 -0.8 mg/ml。

9.根据权利要求1、2或3所述的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述碳微纳结构为集成二氧化硅纳米线的碳微纳结构时，所述制备碳微纳结构的步骤为：

(1.1)预处理：清洗硅基片；

(1.2)匀胶：在预处理后的基片上旋涂光刻胶；匀胶后进行前烘处理； 

(1.3)曝光：将前烘处理后的基片进行曝光，曝光后进行中烘处理；

(1.4)显影：对中烘处理后的基片进行显影，并进行后烘处理，得到光刻胶微结构；

(1.5)沉积：在得到的光刻胶微结构上沉积一层金属铜膜；

(1.6)热解：对后烘处理的硅基片热解即得碳微纳集成结构。

10.根据权利要求8所述的葡萄糖传感器的制备方法，其特征在于，所述的热解步骤中，只需分两步或多次逐步升高温度进行热解，最高温度严格控制为1000℃～1200℃。

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