CN106618598A - 一种可限刺入深度的钨合金微针电极、其制备方法和血糖监测装置 - Google Patents

一种可限刺入深度的钨合金微针电极、其制备方法和血糖监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种可限刺入深度的钨合金微针电极、其制备方法和血糖监测装置。本发明凸台区则可以增加微针本体进入皮肤的阻力，使微针无法进一步刺入皮肤。通过凸台区的设置，本发明可以有效控制微针电极刺入皮肤的深度，避免微针电极刺入皮肤过深而带来感染、过敏等问题，提高检测设备的安全性和舒适性。

Description

一种可限刺入深度的钨合金微针电极、其制备方法和血糖监 测装置
技术领域
本发明涉及生化分析技术领域，具体涉及一种可限刺入深度的钨合金微针电极、其制备方法和血糖监测装置。
背景技术
微针（Micro needles）一般指通过微细加工工艺制作的，尺寸在微米级，直径在30～80Lm，长度100Lm以上呈针状的结构，材料可以为硅、聚合物、金属等。微针在生物医学领域有广泛的应用，例如用于生物医学测量系统，药物传输系统及微量采样分析系统等。微针不但体积微小，而且在性能上具有常规方法所不可比拟的特性——精确，无痛，高效，便利。这极大促进了生物医学的发展，使该领域的仪器更具人性化。微针可以轻易穿透人体皮肤角质层，进入表皮层而不影响真皮层的神经组织，所以可以实现无痛给药、无痛检测。相比于聚合物的微针，金属微针具有优良的力学性能，有足够的硬度能轻易刺入皮肤而不弯折，相比于硅材料微针，金属微针表现更好的韧性，不容易脆断，而且金属微针生产成本较低。金属微针有良好的导电性，金属微针作为电极，人体表皮层组织液作为电解液，形成闭合回路，可用于人体皮肤电信号的提取，或是表面修饰的金属微针可电催化葡萄糖，用于检测人体葡萄糖含量。但现有的微针其针体过于细长，容易刺入皮肤过深而造成创口过敏、感染并带来疼痛感。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可避免刺入皮肤过深的微针电极。
本发明的目的通过以下技术实现：一种可限刺入深度的微针电极，包括微针本体，所述微针本体包括设置在其前端的针尖区，还包括设置在针尖区后端的半径大于针尖区的凸台区。
本发明中，针尖区用于刺入皮肤，与血液等体验进行反应，获得相应的电信号。而半径大于针尖的凸台区则可以增加微针本体进入皮肤的阻力，使微针无法进一步刺入皮肤。通过凸台区的设置，本发明可以有效控制微针电极刺入皮肤的深度，避免微针电极刺入皮肤过深而带来感染、过敏等问题，提高检测设备的安全性和舒适性。
进一步的，凸台区与针尖区之间还设有过渡区；所述过渡区的半径沿针尖区一端向凸台区一端逐渐增加。
过渡区的设置可以降低针尖区进入皮肤的阻力，并可确保针尖区进入皮肤的角度。除此以外，过渡区还可避免针尖区与凸台区的连接处成为赢利点，提高针尖区的强度，防止针尖区断裂、损坏。
进一步的，所述微针本体由铂、银、金、铜、钨、铱、锡中的至少一种材料构成。
优选的，所述微针本体由钨铜合金构成或银铱合金或银锡合金构成。
更进一步的，所述针尖区和过渡区表面覆盖有敏感层。
敏感层和微针本体的材料可以根据检测的类型和性质进行设定。
优选的，所述针尖区和过渡区表面覆盖有敏感层；所述敏感层为对葡萄糖敏感的电极活性材料。
所述对葡萄糖敏感的电极活性材料可以选用任意一种现有技术实现。
本发明还提供一种制备微针电极的方法，包括如下工序：
S1.提供一微针本体材料作为阳极，提供一阴极；
S2.提供一pH为8-10的蚀刻液，并向蚀刻液中添加表面活性剂；
S3.将阳极和阴极浸没于蚀刻液中，对阳极施加第一电流，进行第一次蚀刻，获得针尖区；
S4.对阳极施加第二电流，进行第二次蚀刻，获得过渡区和凸台区；
所述第二电流小于第一电流。
将阳极和阴极浸没在蚀刻液中，对阳极通入电流，便可在阳极上蚀刻出微针。本发明特别在蚀刻液中添加表面活性剂，在电流较高的条件下，阳极蚀刻速度较快，可以蚀刻出微针本体前端较细长的针尖区；随后的第二次蚀刻电流减弱，表面活性剂对时刻速度的促进效果下降，时刻速度下降，形成了较粗的凸台区和过渡区。
进一步的，所述微针本体材料为钨铜合金；所述阴极为铂电极。
更进一步的，所述蚀刻液中包括0.2-0.8M浓度的氢氧化钾或氢氧化钠；所述蚀刻液中还包括2g/L-20g/L的阴离子型表面活性剂；所述第一电流的强度为0.3-0.6A；所述第二电流的强度为0.1-0.3A；所述第一次蚀刻的时间为30-60S；所述第二次蚀刻的时间为20-40S。
本发明对蚀刻的条件以及蚀刻液的成分进行优化，以缩短蚀刻的时间，并确保过渡区可以平滑地连接针尖区和凸台区。
本发明还提供一种包含有所述的微针电极的血糖检测装置。
附图说明
图1是本发明微针电极的电镜图。
图2是对比例微针电极的电镜图。
图3是本发明另一实施例的微针电极的电镜图。
图4是本发明另一实施例的微针电极的电镜图；
图5是本发明微针电极的结构示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明作进一步详细描述：
实施例1
本实施例提供一种可限刺入深度的微针电极，如图1和图5，包括微针本体，所述微针本体包括设置在其前端的针尖区1，还包括设置在针尖区后端的半径大于针尖区的凸台区2。
进一步的，凸台区与针尖区之间还设有过渡区3；所述过渡区的半径沿针尖区一端向凸台区一端逐渐增加。
进一步的，所述微针本体由钨铜合金构成。
进一步的，所述针尖区和过渡区表面覆盖有敏感层；所述敏感层为对葡萄糖敏感的电极活性材料。
实施例2
本实施例提供一种可限刺入深度的微针电极，包括微针本体，所述微针本体包括设置在其前端的针尖区，还包括设置在针尖区后端的半径大于针尖区的凸台区。
进一步的，凸台区与针尖区之间还设有过渡区；所述过渡区的半径沿针尖区一端向凸台区一端逐渐增加。
进一步的，所述微针本体由铜材料构成。
进一步的，所述针尖区和过渡区表面覆盖有敏感层；所述敏感层为对酒精敏感的电极活性材料。
实施例3
本实施例提供一种可限刺入深度的微针电极，包括微针本体，所述微针本体包括设置在其前端的针尖区，还包括设置在针尖区后端的半径大于针尖区的凸台区。
进一步的，凸台区与针尖区之间还设有过渡区；所述过渡区的半径沿针尖区一端向凸台区一端逐渐增加。
进一步的，所述微针本体由铂、银、金、铜、钨中的任意一种材料构成。
实施例4
本实施例提供一种制备如实施例1微针电极的方法，包括如下工序：
S1.提供一微针本体材料作为阳极，提供一阴极；
S2.提供一的蚀刻液，并向蚀刻液中添加表面活性剂；
S3.将阳极和阴极浸没于蚀刻液中，对阳极施加第一电流，进行第一次蚀刻，获得针尖区；
S4.对阳极施加第二电流，进行第二次蚀刻，获得过渡区和凸台区；
所述第二电流小于第一电流。
所述微针本体材料为钨铜合金的细丝（直径0.3mm）；所述阴极为铂电极。
所述蚀刻液中包括0.5M浓度的氢氧化钾或氢氧化钠；所述蚀刻液中还包括12g/L的十二烷基苯磺酸钠，温度为0.3mm；所述第一电流的强度为0.4A；所述第二电流的强度为0.2A；所述第一次蚀刻的时间为36s；所述第二次蚀刻的时间为30S。
本实施例中钨针整体长度为300.5微米。而且距离针尖30微米处，形成一个凸台。增加表面活性剂的浓度可以增加凸台区的长度、降低针尖区的长度。
实施例5
本实施例提供一种制备如实施例1微针电极的方法，包括如下工序：
S1.提供一微针本体材料作为阳极，提供一阴极；
S2.提供一的蚀刻液，并向蚀刻液中添加表面活性剂；
S3.将阳极和阴极浸没于蚀刻液中，对阳极施加第一电流，进行第一次蚀刻，获得针尖区；
S4.对阳极施加第二电流，进行第二次蚀刻，获得过渡区和凸台区；
所述第二电流小于第一电流。
所述微针本体材料为钨铜合金的细丝（直径0.3mm）；所述阴极为铂电极。
所述蚀刻液中包括0.3M浓度的氢氧化钾或氢氧化钠；所述蚀刻液中还包括12g/L的十二烷基苯磺酸钠，温度为0.3mm；所述第一电流的强度为0.4A；所述第二电流的强度为0.2A；所述第一次蚀刻的时间为50s；所述第二次蚀刻的时间为20S。
本实施例中钨针整体长度为360.5微米。而且距离针尖区30微米处，形成一个凸台区。增加表面活性剂的浓度可以增加凸台区的长度、降低针尖区的长度。
实施例6
本实施例一种可限刺入深度的微针电极，如图3，包括微针本体，所述微针本体包括设置在其前端的针尖区，还包括设置在针尖区后端的半径大于针尖区的凸台区。
进一步的，凸台区与针尖区之间还设有过渡区；所述过渡区的半径沿针尖区一端向凸台区一端逐渐增加。
更进一步的，所述微针本体由银铱合金材料构成。
所述针尖区和过渡区表面覆盖有敏感层；所述敏感层为对葡萄糖敏感的电极活性材料。
实施例7
本实施例一种可限刺入深度的微针电极，包括微针本体，所述微针本体包括设置在其前端的针尖区，还包括设置在针尖区后端的半径大于针尖区的凸台区。
进一步的，凸台区与针尖区之间还设有过渡区；所述过渡区的半径沿针尖区一端向凸台区一端逐渐增加。
更进一步的，所述微针本体由银锡合金合金材料构成。
所述针尖区和过渡区表面覆盖有敏感层；所述敏感层为对葡萄糖敏感的电极活性材料。
实施例8
本实施例一种制备实施例6微针电极的方法，包括如下工序：
S1.提供一微针本体材料作为阳极，提供一阴极；
S2.提供一pH为8-10的蚀刻液，并向蚀刻液中添加表面活性剂；
S3.将阳极和阴极浸没于蚀刻液中，对阳极施加第一电流，进行第一次蚀刻，获得针尖区；
S4.对阳极施加第二电流，进行第二次蚀刻，获得过渡区和凸台区；
所述第二电流小于第一电流。
进一步的，所述微针本体材料为银铱合金丝（0.3mm）；所述阴极为铂电极。
进一步的，所述蚀刻液中包括0.2M浓度的氢氧化钾；所述蚀刻液中还包括5g／L十二烷基苯磺酸钠以及0.4M的过硫酸铵；所述第一电流的强度为0.4A；所述第二电流的强度为0.1A；所述第一次蚀刻的时间为60S；所述第二次蚀刻的时间为20S，温度为30.7℃。
实施例9
本实施例一种制备实施例7微针电极的方法，包括如下工序：
S1.提供一微针本体材料作为阳极，提供一阴极；
S2.提供一pH为8-10的蚀刻液，并向蚀刻液中添加表面活性剂；
S3.将阳极和阴极浸没于蚀刻液中，对阳极施加第一电流，进行第一次蚀刻，获得针尖区；
S4.对阳极施加第二电流，进行第二次蚀刻，获得过渡区和凸台区；
所述第二电流小于第一电流。

Claims (10)

1.一种可限刺入深度的微针电极，包括微针本体，所述微针本体包括设置在其前端的针尖区，其特征在于：还包括设置在针尖区后端的半径大于针尖区的凸台区。
2.根据权利要求1所述的微针电极，其特征在于：凸台区与针尖区之间还设有过渡区；所述过渡区的半径沿针尖区一端向凸台区一端逐渐增加。
3.根据权利要求1或2所述的微针电极，其特征在于：所述微针本体由铂、银、金、铜、钨、铱、锡中的至少一种材料构成。
4.根据权利要求1所述的微针电极，其特征在于：所述微针本体由钨铜合金构成或银铱合金或银锡合金构成。
5.根据权利要求1或2所述的微针电极，其特征在于：所述针尖区和过渡区表面覆盖有敏感层。
6.根据权利要求3所述的微针电极，其特征在于：所述针尖区和过渡区表面覆盖有敏感层；所述敏感层为对葡萄糖敏感的电极活性材料。
7.一种制备微针电极的方法，包括如下工序：
S1.提供一微针本体材料作为阳极，提供一阴极；
S2.提供一pH为8-10的蚀刻液，并向蚀刻液中添加表面活性剂；
S3.将阳极和阴极浸没于蚀刻液中，对阳极施加第一电流，进行第一次蚀刻，获得针尖区；
S4.对阳极施加第二电流，进行第二次蚀刻，获得过渡区和凸台区；
所述第二电流小于第一电流。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述微针本体材料为钨铜合金；所述阴极为铂电极。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述蚀刻液中包括0.2-0.8M浓度的氢氧化钾或氢氧化钠；所述蚀刻液中还包括2g/L-20g/L的阴离子型表面活性剂；所述第一电流的强度为0.3-0.6A；所述第二电流的强度为0.1-0.3A；所述第一次蚀刻的时间为30-60S；所述第二次蚀刻的时间为20-40S。
10.一种包含有如权利要求1-6任一项所述的微针电极的血糖检测装置。
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