CN106770589A - 一种可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传感器领域,尤其涉及一种可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器及其制备方法,纤维基晶体管葡萄糖传感器包括有机电化学晶体管,有机电化学晶体管包括源‑漏电极以及与所述源‑漏电极相交布置的栅极,源‑漏电极与栅极的交点处设有用于阻断源‑漏电极与栅极直接接触的凝胶电解质;源‑漏电极是将柔性基体材料与导电单体聚合而成的导电高分子复合材料,栅极是通过固定剂将将葡萄糖氧化酶附着于源‑漏电极表面而得。该葡萄糖传感器不仅具有较好的柔韧性而且具有优异的传感性能以及具有较好的抗干扰性。

Description

一种可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及传感器领域,尤其涉及一种可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器及其制备方法。
背景技术
葡萄糖传感器作为生物传感器领域研究最多、商品化最早的生物传感器在定量测定人类健康、临床检验、生物化学、食品安全中都占有很重要的位置。其中人体血清葡萄糖含量是临床生化检验中的重要指标,血清葡萄糖含量超过1.3×10-3mg/L即形成糖尿病。但是,随着人类生活节奏越来越快,生活压力过大导致各种慢性疾病的出现,如果不趁早发现这些慢性疾病将严重影响人体健康。因此,如何快速、准确检测血液、唾液、汗液中葡萄糖的浓度对于监测人体健康具有重要意义。
纳米材料具有特殊的比表面积,将其引入生物传感器,不仅可以增加酶的吸附量和稳定性,而且可以提高酶与电极之间的电子转移速率,从而提高传感器的灵敏度,降低响应时间。石墨烯作为一种以碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的炭质新材料,是一种新型的二维原子晶体。石墨烯因其超高的比表面积(单层石墨烯比表面积理论计算为2630m2/g)和优异的电子迁移率〔(20000cm2/(V·s)〕可诱导生成大面积导电性能优异的高分子聚合物。利用纳米纤维和石墨烯特殊的结构及性能复合生成的导电高分子材料显著提升电极对葡萄糖的电化学响应速度,降低检测下限,使其对低浓度葡萄糖展现出良好的线性响应。
中国发明专利(授权公告号CN 102735734B授权公告日2016.05.18)公开了一种用于检测体液中的葡萄糖的量的非侵入式葡萄糖传感器,传感器包括:具有栅电极的有机电化学晶体管;其中,栅电极的表面使用酶和纳米材料进行改性以增加所述栅电极的敏感性和选择性。该发明中的葡萄糖传感器虽然提高了葡萄糖传感器检测葡萄糖的准确度,但是该葡萄糖传感器携带不方便,不能实现便携和实时监测人体葡萄糖的浓度。
发明内容
为解决以上问题,本发明的目的是提供一种可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器及其制备方法,该葡萄糖传感器不仅具有较好的柔韧性而且具有优异的传感性能以及具有较好的抗干扰性。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器,包括有机电化学晶体管,其中,有机电化学晶体管包括源-漏电极以及与源-漏电极相交布置的栅极,源-漏电极与栅极的交点处设有用于阻断源-漏电极与栅极直接接触的凝胶电解质;源-漏电极是将柔性基体材料与导电单体聚合而成的导电高分子复合材料,栅极是通过固定剂将葡萄糖氧化酶附着于所述源-漏电极表面而得。
进一步地,所述源-漏电极与栅极垂直布置。
进一步地,所述柔性基体材料为尼龙丝、尼龙-纳米纤维丝、尼龙-石墨烯丝、棉线丝、棉线-纳米纤维丝、棉线-石墨烯丝、聚乙烯丝、聚乙烯-纳米纤维丝、聚乙烯-石墨烯丝、涤纶丝、涤纶-纳米纤维丝、涤纶-石墨烯丝、蚕丝、蚕丝-纳米纤维、蚕丝-石墨烯中的一种;其中,尼龙-纳米纤维丝、棉线-纳米纤维丝、聚乙烯-纳米纤维丝、涤纶-纳米纤维丝、蚕丝-纳米纤维是将纳米纤维分别附着于尼龙丝、棉线丝、聚乙烯丝、涤纶丝、蚕丝表面对应制备而得;其中,尼龙-石墨烯丝、棉线-石墨烯丝、聚乙烯-石墨烯丝、涤纶-石墨烯丝、蚕丝-石墨烯是将石墨烯分别附着于尼龙丝、棉线丝、聚乙烯丝、涤纶丝、蚕丝表面对应制备而得;
所述导电单体为苯胺、吡咯、噻吩中的一种;
所述固定剂为全氟磺酸。
一种可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器的制备方法,包括以下步骤:
1)制备有机电化学晶体管的源-漏电极:
将导电单体投入掺杂剂溶液中得到混合溶液,将柔性基体材料浸泡于冰浴条件下的混合溶液中并向混合溶液中滴加入氧化剂溶液,搅拌,反应完毕后取出柔性基体材料得到源-漏电极;
2)制备有机电化学晶体管的栅极:
将步骤1)得到的源-漏电极首先浸泡于冰浴条件下的葡萄糖氧化酶溶液然后再浸泡于冰浴条件下的全氟磺酸溶液中,取出得到栅极;
3)晶体管组装:
将得到的源-漏电极与栅极按平纹组织结构组合,源-漏电极与栅极十字相交并在交点处滴上用于阻断源-漏电极与栅极直接接触的凝胶电解质。
进一步地,所述柔性基体材料为尼龙丝、尼龙-纳米纤维丝、尼龙-石墨烯丝、棉线丝、棉线-纳米纤维丝、棉线-石墨烯丝、聚乙烯丝、聚乙烯-纳米纤维丝、聚乙烯-石墨烯丝、涤纶丝、涤纶-纳米纤维丝、涤纶-石墨烯丝、蚕丝、蚕丝-纳米纤维、蚕丝-石墨烯中的一种;其中,尼龙-纳米纤维丝、棉线-纳米纤维丝、聚乙烯-纳米纤维丝、涤纶-纳米纤维丝、蚕丝-纳米纤维是将纳米纤维分别附着于尼龙丝、棉线丝、聚乙烯丝、涤纶丝、蚕丝表面对应制备而得;其中,尼龙-石墨烯丝、棉线-石墨烯丝、聚乙烯-石墨烯丝、涤纶-石墨烯丝、蚕丝-石墨烯是将石墨烯分别附着于尼龙丝、棉线丝、聚乙烯丝、涤纶丝、蚕丝表面对应制备而得;
所述导电单体为苯胺、吡咯、噻吩中的一种;
所述掺杂剂溶液为二水合5-磺基水杨酸溶液,硫酸溶液,盐酸溶液,磷酸溶液,硝酸溶液,氯仿溶液中的一种;
所述氧化剂溶液为九水合硝酸铁溶液,氯化铁溶液,过硫酸铵溶液,过硫酸钾溶液中的一种。
进一步地,所述葡萄糖氧化酶溶液中葡萄糖氧化酶的浓度为1~10mg/mL;所述全氟磺酸溶液中全氟磺酸的浓度为1~5wt%;所述氧化剂溶液与掺杂剂溶液的摩尔比为1:0.1~10。
进一步地,所述步骤1)中的冰浴条件温度为0℃,反应时间为1~5h,搅拌的速率为300~900r/min,所述步骤2)中的冰浴条件温度为0℃,浸泡于葡萄糖氧化酶溶液的时间为20~28h,浸泡于全氟磺酸溶液的时间为20~28h。
一种可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器的应用,它在检测人体血液、唾液、汗液中葡萄糖浓度的电子皮肤传感器或织物的应用。
进一步地,所述纤维基晶体管葡萄糖传感器在检测人体血液、唾液、汗液中葡萄糖浓度的织物的应用。
其中,制备尼龙-纳米纤维丝、棉线-纳米纤维丝、聚乙烯-纳米纤维丝、涤纶-纳米纤维丝、蚕丝-纳米纤维以及尼龙-石墨烯丝、棉线-石墨烯丝、聚乙烯-石墨烯丝、涤纶-石墨烯丝、蚕丝-石墨烯的方法是:
以制备尼龙-纳米纤维丝以及尼龙-石墨烯丝为例,其棉线-纳米纤维丝、聚乙烯-纳米纤维丝、涤纶-纳米纤维丝、蚕丝-纳米纤维的制备方法与尼龙-纳米纤维丝的制备方法相同,不同在于将尼龙换成棉线、聚乙烯、涤纶。同理,棉线-石墨烯丝、聚乙烯-石墨烯丝、涤纶-石墨烯丝、蚕丝-石墨烯与尼龙-石墨烯丝制备方法相同,本发明不再赘述。
尼龙-纳米纤维丝的制备方法,包括以下步骤:
1)制备纳米纤维悬浮液
首先利用美国加州大学戴维斯分校的王栋、孙刚等人开发的熔融挤出相分离方法,将热塑性聚烯烃/CAB(醋酸丁酸纤维素)共混体系熔融挤出制备了纳米纤维,然后向纳米纤维中加入乙醇并用高剪切分散机进行剪切分散处理制成纳米纤维悬浮液,制得的纳米纤维悬浮液的浓度为1~5wt%;
2)制备尼龙-纳米纤维丝
将制得的纳米纤维悬浮液置于摇床上震荡混匀1~5h,然后将尼龙丝浸泡于混匀的纳米纤维悬浮中1~5h,取出,晾干即得尼龙-纳米纤维丝。
尼龙-石墨烯丝的制备方法,包括以下步骤:
1)制备石墨烯溶液:
将微晶石墨粉,采用Hummers法制备氧化石墨烯:氧化剂为浓硫酸和高锰酸钾,经清洗、离心除杂和透析后,得到稳定的氧化石墨烯水溶液,将稳定的氧化石墨烯水溶液稀释至所述浓度,以氧化石墨烯和水合肼的比例为10:8混合,在90℃下持续搅拌还原100min,得到还原氧化石墨烯溶液;其中石墨烯溶液的浓度为0.1~5wt%;
2)制备尼龙-石墨烯丝:
将制得的石墨烯溶液置于摇床上震荡混匀1~3h,将尼龙丝浸泡于石墨烯溶液中,取出,晾干,即得尼龙-石墨烯丝。
其中,凝胶电解质的制备方法为:
1)准备原料:聚乙烯醇(M=13000)、碳酸丙烯酸酯、高氯酸锂和二甲亚砜;质量比为聚乙烯醇:碳酸丙烯酸酯:高氯酸锂:二甲亚砜=0.3:0.63:0.07:2.3;
2)将聚乙烯醇和二甲亚枫在90℃恒温水浴锅下搅拌溶解得到溶液A,再将高氯酸锂和碳酸丙烯酸酯在常温下,磁力搅拌溶解得到溶液B,溶液A和溶液B在常温下搅拌混合12h,即得到凝胶电解质。
本发明的优点在于:
1,本发明采用柔性基体材料,制备得到的葡萄糖传感器柔韧性较好,可将其制成电子皮肤传感器或者将其编织在织物中制成穿戴式传感器,可实现实时监测人体血液,唾液和汗液中的葡萄糖浓度。
2,采用有机电化学晶体管制成的葡萄糖传感器,检测葡萄糖浓度的准确度高,灵敏度好,尤其检测下限低,对低浓度葡萄糖展现出良好的线性响应,而且抗坏血酸、尿酸等干扰物质的干扰信号小。
附图说明
图1为本发明中纤维基晶体管葡萄糖传感器的平纹编织示意图;
图2A为实施例1中尼龙丝的电子扫描显像图;
图2B为实施例1中尼龙/聚吡咯源-漏电极的电子扫描显像图;
图2C为实施例5中尼龙-纳米纤维/聚吡咯源-漏电极的电子扫描显像图;
图2D为实施例8中尼龙-石墨烯/聚吡咯源-漏电极的电子扫描显像图;
图2E为实施例2中棉线丝/聚苯胺源-漏电极的电子扫描显像图;
图2F为实施例7中聚乙烯丝/聚苯胺的源-漏电极的电子扫描显像图;
图3为实施例8得到的纤维基晶体管葡萄糖传感器的传感特征曲线图;
图4为实施例8得到的纤维基晶体管葡萄糖传感器的干扰曲线图;
图中各部件标号如下:有机电化学晶体管1(其中,源-漏电极1.1、栅极1.2、凝胶电解质1.3)。
具体实施方式
为更好地理解本发明,以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。
实施例1
可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器的制备方法,包括以下步骤:
1)制备有机电化学晶体管的源-漏电极:
将1.2g吡咯投入100ml,0.39mM二水合5-磺基水杨酸溶液中得到混合溶液,将尼龙丝浸泡于0℃冰浴条件下的混合溶液中,并向混合溶液中滴加100ml,0.42mM九水合硝酸铁溶液,300r/min搅拌,反应1h后取出尼龙丝得到尼龙/聚吡咯的源-漏电极;
2)制备有机电化学晶体管的栅极:
将步骤1)得到的源-漏电极0℃下浸泡于1mg/mL葡萄糖氧化酶溶液24h后取出再0℃下浸泡于5wt%全氟磺酸溶液中,取出得到栅极;
3)晶体管组装:
将得到的源-漏电极与栅极按平纹组织结构组合,源-漏电极与栅极十字相交并在交点处滴上用于阻断源-漏电极与栅极直接接触的凝胶电解质。
步骤1)中的尼龙丝的电子扫描显像图如图2A所示;得到的尼龙/聚吡咯源-漏电极的电子扫描显像图如图2B所示;
实施例2
1)制备有机电化学晶体管的源-漏电极:
将1g苯胺投入100ml,10mM硫酸溶液中得到混合溶液,将棉线丝浸泡于0℃冰浴条件下的混合溶液中并向混合溶液中滴加100ml,1mM氯化铁溶液,900r/min搅拌,反应2h后取出棉线丝得到棉线丝/聚苯胺的源-漏电极;
2)制备有机电化学晶体管的栅极:
将步骤1)得到的源-漏电极0℃下浸泡于10mg/mL葡萄糖氧化酶溶液20h后取出再0℃下浸泡于2wt%全氟磺酸溶液中20h,取出得到栅极;
3)晶体管组装:
将得到的源-漏电极与栅极按平纹组织结构组合,源-漏电极与栅极十字相交并在交点处滴上用于阻断源-漏电极与栅极直接接触的凝胶电解质。
其中,步骤1)得到棉线丝/聚苯胺的源-漏电极的电子扫描显像图2E所示。
实施例3
1)制备有机电化学晶体管的源-漏电极:
将2g吡咯投入100ml,3mM盐酸溶液中得到混合溶液,将涤纶丝浸泡于0℃冰浴条件下的混合溶液中并向混合溶液中滴加100ml,0.74mM过硫酸铵溶液,500r/min搅拌,反应3h后取出涤纶丝得到涤纶丝/聚吡咯的源-漏电极;
2)制备有机电化学晶体管的栅极:
将步骤1)得到的源-漏电极0℃下浸泡于5mg/mL葡萄糖氧化酶溶液28h后取出再0℃下浸泡于3wt%全氟磺酸溶液中20h,取出得到栅极;
3)晶体管组装:
将得到的源-漏电极与栅极按平纹组织结构组合,源-漏电极与栅极十字相交并在交点处滴上用于阻断源-漏电极与栅极直接接触的凝胶电解质。
实施例4
1)制备有机电化学晶体管的源-漏电极:
将1.8g吡咯投入100ml,3mM磷酸溶液中得到混合溶液,将蚕丝浸泡于0℃冰浴条件下的混合溶液中并向混合溶液中滴加100ml,1mM过硫酸钾溶液,600r/min搅拌,反应5h后取出蚕丝得到蚕丝/聚吡咯源-漏电极;
2)制备有机电化学晶体管的栅极:
将步骤1)得到的源-漏电极0℃下浸泡于1mg/mL葡萄糖氧化酶溶液28h后取出再0℃下浸泡于1wt%全氟磺酸溶液中28h,取出得到栅极;
3)晶体管组装:
将得到的源-漏电极与栅极按平纹组织结构组合,源-漏电极与栅极十字相交并在交点处滴上用于阻断源-漏电极与栅极直接接触的凝胶电解质。
实施例5
1)制备有机电化学晶体管的源-漏电极:
将1.0g吡咯投入100ml,1.5mM硝酸溶液中得到混合溶液,将尼龙-纳米纤维丝浸泡于0℃冰浴条件下的混合溶液中并向混合溶液中滴加100ml,0.5mM氯化铁溶液,300r/min搅拌,反应5h后取出尼龙-纳米纤维丝得到尼龙-纳米纤维/聚吡咯的源-漏电极;
2)制备有机电化学晶体管的栅极:
将步骤1)得到的源-漏电极0℃下浸泡于7mg/mL葡萄糖氧化酶溶液24h后取出再0℃下浸泡于2.5wt%全氟磺酸溶液中24h,取出得到栅极;
3)晶体管组装:
将得到的源-漏电极与栅极按平纹组织结构组合,源-漏电极与栅极十字相交并在交点处滴上用于阻断源-漏电极与栅极直接接触的凝胶电解质。
步骤1)中得到的尼龙-纳米纤维/聚吡咯源-漏电极的电子扫描显像图如图2C所示。
实施例6
1)制备有机电化学晶体管的源-漏电极:
将1.3g噻吩投入100ml,0.1mM氯仿溶液中得到混合溶液,将尼龙-石墨烯丝浸泡于0℃冰浴条件下的混合溶液中并向混合溶液中滴加100ml,0.5mM氯化铁溶液,800r/min搅拌,反应1h后取出尼龙-石墨烯丝得到尼龙-石墨烯丝/聚噻吩的源-漏电极;
2)制备有机电化学晶体管的栅极:
将步骤1)得到的源-漏电极0℃下浸泡于9mg/mL葡萄糖氧化酶溶液21h后取出再0℃下浸泡于2wt%全氟磺酸溶液中21h,取出得到栅极;
3)晶体管组装:
将得到的源-漏电极与栅极按平纹组织结构组合,源-漏电极与栅极十字相交并在交点处滴上用于阻断源-漏电极与栅极直接接触的凝胶电解质。
实施例7
1)制备有机电化学晶体管的源-漏电极:
将1.1g苯胺投入100ml,0.2mM盐酸溶液中得到混合溶液,将聚乙烯丝浸泡于0℃冰浴条件下的混合溶液中并向混合溶液中滴加100ml,1mM过硫酸钾溶液,600r/min搅拌,反应2h后取出聚乙烯丝得到聚乙烯丝/聚苯胺的源-漏电极;
2)制备有机电化学晶体管的栅极:
将步骤1)得到的源-漏电极0℃下浸泡于5.5mg/mL葡萄糖氧化酶溶液23h后取出再0℃下浸泡于4wt%全氟磺酸溶液中26h,取出得到栅极;
3)晶体管组装:
将得到的源-漏电极与栅极按平纹组织结构组合,源-漏电极与栅极十字相交并在交点处滴上用于阻断源-漏电极与栅极直接接触的凝胶电解质。
其中,步骤1)中得到的聚乙烯丝/聚苯胺的源-漏电极的电子扫描显像图如图2F所示。
实施例8
1)制备有机电化学晶体管的源-漏电极:
将1.2g吡咯投入100ml,1mM盐酸溶液中得到混合溶液,将尼龙-石墨烯丝浸泡于0℃冰浴条件下的混合溶液中并向混合溶液中滴加100ml,10mM过硫酸钾溶液,600r/min搅拌,反应2h后取出尼龙-石墨烯丝得到尼龙-石墨烯/聚吡咯源-漏电极;
2)制备有机电化学晶体管的栅极:
将步骤1)得到的源-漏电极0℃下浸泡于8mg/mL葡萄糖氧化酶溶液24h后取出再0℃下浸泡于4wt%全氟磺酸溶液中24h,取出得到栅极;
3)晶体管组装:
将得到的源-漏电极与栅极按平纹组织结构组合,源-漏电极与栅极十字相交并在交点处滴上用于阻断源-漏电极与栅极直接接触的凝胶电解质。
其中,步骤1)中得到尼龙-石墨烯/聚吡咯源-漏电极的电子扫描显像图如图2D所示。
本实施例8得到的葡萄糖传感器将其按平纹组织结构手工编织在织物或者通过电子皮肤传感器的制作方法将其镶嵌在基体上,优选地,将其编织在织物上,如图1所示,纤维基晶体管葡萄糖传感器,包括有机电化学晶体管1,有机电化学晶体管1包括源-漏电极1.1以及与所述源-漏电极1.1相交布置的栅极1.2,而且源-漏电极1.1与栅极1.2垂直布置,为了防止源-漏电极1.1与栅极1.2直接接触,在源-漏电极1.1与栅极1.2的交点处设有用于阻断源-漏电极1.1与栅极1.2直接接触的凝胶电解质1.3;实施例8中源-漏电极1.1是将尼龙-石墨烯与吡咯聚合而成的导电高分子复合材料,栅极1.2是将葡萄糖氧化酶附着于所述源-漏电极1.1表面而得。本实施例将若干个有机电化学晶体管1按平纹组织结构,手工将其编织在衣物上进行传感特征试验与干扰试验,得到如图3所示的传感特征曲线图以及如图4所示的干扰曲线图;
如图3所示,0~250s时晶体管本身电流十分稳定,250s时滴加1nM葡萄糖溶液,晶体管电流仅需0.5s就由70uA变为159uA,电流放大超过两倍,该现象证明传感器对葡萄糖的电化学响应速度非常快,且检测下限可低至1nM。在400s和500s分别继续滴加10nM和50nM葡萄糖溶液电流变化依旧非常明显迅速,证明较低浓度是葡萄糖依旧有较高灵敏度。随着葡萄糖浓度的增加从1nm到1mM该传感器在10个浓度梯度下电流都能保持逐级增加,证明该传感器对于低浓度葡萄糖展现出良好的线性响应。
如图4所示,100s时滴加50nM葡萄糖溶液该传感器对其电流响应十分明显,而200s和300s时分别滴加100uM干扰物质尿酸(UA)和氨基酸(AA),该物质浓度较葡萄糖溶液大很多,但传感器对其电流响应几乎不变,400s时继续滴加同样浓度的葡萄糖溶液传感器对其电流响应依旧很明显,证明该传感器对葡萄糖的检测具有专一性,且对坏血酸、尿酸等干扰物质响应信号明显低于浓度为50nm的葡萄糖溶液。
因此,从图3~4可以得出:该葡萄糖传感器对葡萄糖的电化学响应速度快,灵敏度高,检测下限低,对低浓度葡萄糖展现出良好的线性响应而且对葡萄糖检测具有专一性,对坏血酸、尿酸等干扰物质响应信号明显低于浓度为50nm的葡萄糖溶液。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器,包括有机电化学晶体管(1),其特征在于:所述有机电化学晶体管(1)包括源-漏电极(1.1)以及与所述源-漏电极(1.1)相交布置的栅极(1.2),所述源-漏电极(1.1)与栅极(1.2)的交点处设有用于阻断源-漏电极(1.1)与栅极(1.2)直接接触的凝胶电解质(1.3);所述源-漏电极(1.1)是将柔性基体材料与导电单体聚合而成的导电高分子复合材料,所述栅极(1.2)是通过固定剂将葡萄糖氧化酶附着于所述源-漏电极(1.1)表面而得。
2.根据权利要求1所述的可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器,其特征在于:所述源-漏电极(1.1)与栅极(1.2)垂直布置。
3.根据权利要求1所述的可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器,其特征在于:所述柔性基体材料为尼龙丝、尼龙-纳米纤维丝、尼龙-石墨烯丝、棉线丝、棉线-纳米纤维丝、棉线-石墨烯丝、聚乙烯丝、聚乙烯-纳米纤维丝、聚乙烯-石墨烯丝、涤纶丝、涤纶-纳米纤维丝、涤纶-石墨烯丝、蚕丝、蚕丝-纳米纤维、蚕丝-石墨烯中的一种;其中,尼龙-纳米纤维丝、棉线-纳米纤维丝、聚乙烯-纳米纤维丝、涤纶-纳米纤维丝、蚕丝-纳米纤维是将纳米纤维分别附着于尼龙丝、棉线丝、聚乙烯丝、涤纶丝、蚕丝表面对应制备而得;其中,尼龙-石墨烯丝、棉线-石墨烯丝、聚乙烯-石墨烯丝、涤纶-石墨烯丝、蚕丝-石墨烯是将石墨烯分别附着于尼龙丝、棉线丝、聚乙烯丝、涤纶丝、蚕丝表面对应制备而得;
所述导电单体为苯胺、吡咯、噻吩中的一种;
所述固定剂为全氟磺酸。
4.一种可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)制备有机电化学晶体管的源-漏电极:
将导电单体投入掺杂剂溶液中得到混合溶液,将柔性基体材料浸泡于冰浴条件下的混合溶液中并向混合溶液中滴加入氧化剂溶液,搅拌,反应完毕后取出柔性基体材料得到源-漏电极;
2)制备有机电化学晶体管的栅极:
将步骤1)得到的源-漏电极首先浸泡于冰浴条件下的葡萄糖氧化酶溶液然后再浸泡于冰浴条件下的全氟磺酸溶液中,取出得到栅极;
3)晶体管组装:
将得到的源-漏电极与栅极按平纹组织结构组合,源-漏电极与栅极十字相交并在交点处滴上用于阻断源-漏电极与栅极直接接触的凝胶电解质。
5.根据权利要求4所述的可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器的制备方法,其特征在于:所述柔性基体材料为尼龙丝、尼龙-纳米纤维丝、尼龙-石墨烯丝、棉线丝、棉线-纳米纤维丝、棉线-石墨烯丝、聚乙烯丝、聚乙烯-纳米纤维丝、聚乙烯-石墨烯丝、涤纶丝、涤纶-纳米纤维丝、涤纶-石墨烯丝、蚕丝、蚕丝-纳米纤维、蚕丝-石墨烯中的一种;其中,尼龙-纳米纤维丝、棉线-纳米纤维丝、聚乙烯-纳米纤维丝、涤纶-纳米纤维丝、蚕丝-纳米纤维是将纳米纤维分别附着于尼龙丝、棉线丝、聚乙烯丝、涤纶丝、蚕丝表面对应制备而得;其中,尼龙-石墨烯丝、棉线-石墨烯丝、聚乙烯-石墨烯丝、涤纶-石墨烯丝、蚕丝-石墨烯是将石墨烯分别附着于尼龙丝、棉线丝、聚乙烯丝、涤纶丝、蚕丝表面对应制备而得;
所述导电单体为苯胺、吡咯、噻吩中的一种;
所述掺杂剂溶液为二水合5-磺基水杨酸溶液,硫酸溶液,盐酸溶液,磷酸溶液,硝酸溶液,氯仿溶液中的一种;
所述氧化剂溶液为九水合硝酸铁溶液,氯化铁溶液,过硫酸铵溶液,过硫酸钾溶液中的一种。
6.根据权利要求4所述的可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器的制备方法,其特征在于:所述葡萄糖氧化酶溶液中葡萄糖氧化酶的浓度为1~10mg/mL;所述全氟磺酸溶液中全氟磺酸的浓度为1~5wt%;所述氧化剂溶液与掺杂剂溶液的摩尔比为1:0.1~10。
7.根据权利要求4所述的可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器的制备方法,其特征在于:所述步骤1)中的冰浴条件温度为0℃,反应时间为1~5h,搅拌的速率为300~900r/min,所述步骤2)中的冰浴条件温度为0℃,浸泡于葡萄糖氧化酶溶液的时间为20~28h,浸泡于全氟磺酸溶液的时间为20~28h。
8.一种可编织的纤维基晶体管葡萄糖传感器的应用,其特征在于:它在检测人体血液、唾液及汗液中葡萄糖浓度的电子皮肤传感器或织物的应用。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108589270A (zh) * 2018-05-10 2018-09-28 武汉纺织大学 纤维基pedot:pss纳米花及制备方法及其应用
CN110186971A (zh) * 2019-05-07 2019-08-30 武汉纺织大学 碳纳米管/聚苯胺复合纤维基晶体管生物传感器及应用
CN111693588A (zh) * 2020-05-26 2020-09-22 复旦大学 柔性可植入纤维状有机电化学晶体管及其制备方法
CN111751430A (zh) * 2020-06-12 2020-10-09 武汉纺织大学 非侵入式一体化纤维基c反应蛋白传感器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105388198A (zh) * 2015-10-16 2016-03-09 武汉纺织大学 一种纳米纤维束基晶体管的制备及其在离子传感中的应用
US9316637B2 (en) * 2007-09-18 2016-04-19 University Of Florida Research Foundation, Inc. Sensors using high electron mobility transistors
CN106188610A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 武汉纺织大学 一种聚吡咯/聚氨酯海绵导电复合材料的制备方法及应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9316637B2 (en) * 2007-09-18 2016-04-19 University Of Florida Research Foundation, Inc. Sensors using high electron mobility transistors
CN105388198A (zh) * 2015-10-16 2016-03-09 武汉纺织大学 一种纳米纤维束基晶体管的制备及其在离子传感中的应用
CN106188610A (zh) * 2016-07-11 2016-12-07 武汉纺织大学 一种聚吡咯/聚氨酯海绵导电复合材料的制备方法及应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CAIZHI LIAO ET.AL.: "Highly selective and sensitive glucose sensors based on organic electrochemical transistors with graphene-modified gate electrodes", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY B》 *
JIANJUN LIAO ET.AL.: "Highly selective and sensitive glucose sensors based on organic electrochemical transistors using TiO<sub>2</sub> nanotube arrays-based gate electrodes", 《SENSORS AND ACTUATORS B: CHEMICAL》 *
周舟: "导电纳米纤维复合膜的制备及其在传感中的应用", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库(电子期刊) 工程科技I辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108589270A (zh) * 2018-05-10 2018-09-28 武汉纺织大学 纤维基pedot:pss纳米花及制备方法及其应用
CN108589270B (zh) * 2018-05-10 2021-06-01 武汉纺织大学 纤维基pedot:pss纳米花及制备方法及其应用
CN110186971A (zh) * 2019-05-07 2019-08-30 武汉纺织大学 碳纳米管/聚苯胺复合纤维基晶体管生物传感器及应用
CN110186971B (zh) * 2019-05-07 2021-11-30 武汉纺织大学 碳纳米管/聚苯胺复合纤维基晶体管生物传感器及应用
CN111693588A (zh) * 2020-05-26 2020-09-22 复旦大学 柔性可植入纤维状有机电化学晶体管及其制备方法
CN111751430A (zh) * 2020-06-12 2020-10-09 武汉纺织大学 非侵入式一体化纤维基c反应蛋白传感器

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