CN108645897A - 一种具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及成人用品领域，特别是涉及一种具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套及其制备方法。首先，将石墨烯进行生化衍生手段处理得到改性石墨烯，通过物理吸附或生化反应与生物敏化活性物质相结合，使之可实现相应电化学功能；然后，将这层超薄石墨烯生化感应膜片和超薄无线感应芯片一起集成，然后复合到乳胶避孕套的内面或外面，或者与乳胶避孕套的内、外两面同时复合；负载有生物敏化活性物质的超薄石墨烯生化感应膜片，随避孕套接触人体液中的细菌、衣原体、支原体、螺旋体病原体或病毒后，与生物敏化活性物质有生化反应，使石墨烯电极电位发生变化，引发生物电；或者生化反应引发特定的颜色变化或荧光反应。

Description

一种具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套及其制备方法

技术领域

本发明涉及成人用品领域，特别是涉及一种具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套及其制备方法。

背景技术

性病的传统观念是指通过性交行为传染的疾病，扩展到各种通过性接触、类似性行为及间接接触传播的疾病，统称为性传播疾病。目前，性传播疾病的涵盖范围已扩展至包括最少50种致病微生物感染所致的疾病，其中包括传统的五种性病及非淋菌性尿道炎、尖锐湿疣、生殖器疱疹、艾滋病、细菌性阴道病、外阴阴道念珠菌病、阴道毛滴虫病、疥疮、阴虱和乙型肝炎等。

随着改革开放、社会思潮的演变，"性"已逐步被人们所接受，婚姻性生活和非婚性行为也越来越普遍，这样带来性病的传播面积的扩大。安全套作为计生和避孕的常用工具，其在预防性病方面也发挥出巨大的作用。

安全套对性病的防御是有概率性的，很多性病携带者或患者在自身不知情的情况下多次与伴侣进行性行为，即便是佩戴安全套，也会给伴侣带来有巨大的染病隐患。因此，为了能尽早提醒伴侣双方的健康状况，开发一款能智能识别患病者体液病症，并及时提醒的智能安全套就显得意义非常。

发明内容

为了能及时了解和发现性生活双方的身体健康状况，本发明的目的在于提供一种具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套及其制备方法，利用石墨烯材料的一些优良特性，结合生化改性，并且与生物电技术、电子芯片技术，可以得到保障或提高性生活的安全水平。

本发明的技术方案是：

一种具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套，包括：石墨烯底层、生物敏化活性物质、超薄无线感应芯片，具体结构如下：石墨烯底层作为电极和生物敏化活性物质的载体，生物敏化活性物质是亲合素、生物素、肽类、DNA酶、蛋白质、适配体、药剂分子、生物小分子、细菌或细胞，生物敏化活性物质与石墨烯底层相结合，形成超薄石墨烯生化感应膜片；超薄石墨烯生化感应膜片与对应的超薄无线感应芯片集成，并复合于乳胶避孕套上。

所述的具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套，避孕套的入口端复合有超薄无线感应芯片，和/或避孕套的尾端储精囊复合有超薄无线感应芯片。

所述的具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套的制备方法，首先，将石墨烯进行生化衍生手段处理得到改性石墨烯，通过物理吸附或生化反应的方式与生物敏化活性物质相结合，使之具备相应电化学功能；然后，将这层超薄石墨烯生化感应膜片和对应的超薄无线感应芯片一起集成后，复合到乳胶避孕套的内面或外面，或者在乳胶避孕套的内、外两面同时复合；负载有生物敏化活性物质的超薄石墨烯生化感应膜片，随避孕套接触到人体液中的细菌、衣原体、支原体、螺旋体病原体或病毒后，发生生化反应，使得石墨烯电极电位发生变化，从而引发生物电；或者生化反应引发特定的颜色变化或荧光反应。

所述的具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套的制备方法，如有变化的生物电信号，则石墨烯生化感应膜片上变化的生物电信号将通过超薄无线感应芯片采集并处理后，发出无线电磁信号，最终被指定的智能手机、智能平板电脑或智能手表装置所接受。

所述的具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套的制备方法，石墨烯原材料可采用CVD生长的石墨烯、化学法制备的本状态石墨烯或氧化、羧基化、氨基化衍生的石墨烯种类中的一种或两种以上复合使用。

所述的具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套的制备方法，与亲合素、生物素、肽类、DNA酶、蛋白质、适配体、药剂分子、生物小分子、细菌或细胞结合而改性的石墨烯生化感应膜片，其厚度在0.01μm～40μm。

所述的具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套的制备方法，当乳胶避孕套内外同时复合石墨烯生化感应膜片，累计的厚度超过50μm时，内外层的石墨烯生化感应膜片的位置应该在乳胶避孕套上错开。

所述的具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套的制备方法，与复合石墨烯生化感应膜片连接的超薄无线感应芯片采集到感应膜的生化电信号，超薄无线感应芯片厚度不超过100微米，分布于避孕套的尾端储精囊或避孕套卷边的入口端区域，尽量不影响使用感受。

本发明的设计思想是：

石墨烯的载流子迁移率约为15000cm²/(V·s)，是目前已知载流子迁移率最高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。在某些特定条件下(如：低温等)，石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm²/(V·s)。石墨烯中碳原子除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子的垂直于层平面的P_z轨道可以形成贯穿全层的、多原子的大π键(与苯结构类似)，注定石墨烯具有优良的微观导电性能。又由于石墨烯是单原子厚度的二维碳纳米材料，因此可以作为超薄的电极。

将石墨烯进行衍生化处理，得到的亲水氧化石墨烯，其表面存在丰富的含氧功能团而且易于功能化，大大改善其的电化学性质。石墨烯及其衍生物可以通过物理吸附或化学接枝的方式与各类特定的生物敏化活性物质，如：肽类、DNA酶、蛋白质、药剂分子、生物小分子、细菌、细胞结合而实现其功能化。这种功能化的石墨烯复合材料具有特殊性能，可用于构筑相应的生物平台、电化学生物传感器和生物装置等，可以制造出超薄生物传感器。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明提供一种具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套，通过物理吸附或生化反应的方式与一些特定的生物敏化活性物质，如：肽类、DNA酶、蛋白质、药剂分子、生物小分子、细菌、细胞等结合，使之具备相应电化学功能。

2、本发明与复合石墨烯生化感应膜片连接的超薄无线感应芯片，可以采集并处理石墨烯生化感应膜片的生化电信号。

3、本发明石墨烯生化感应膜片中，石墨烯主要作用是做高灵敏的电极和生物敏化活性物质的载体。石墨烯生化感应膜片上各类特定的生物敏化活性物质，如：肽类、DNA酶、蛋白质、药剂分子、生物小分子、细菌、细胞等与体液中的细菌、衣原体、支原体、螺旋体等病原体或病毒接触后，使得石墨烯电极电位发生变化，可引发生物电；或者，生化反应引发特定的颜色变化或荧光反应。

4、本发明的智能自检石墨烯避孕套，分为生化显色变化和电信号变化两种类型模式，显色包括荧光或日常颜色变化。某些性病可以借助生化特殊反应，以显色的模式表示出来。而某些性病通过一些酶反应或抗体抗原反应的生物膜的电化学变化，以电信号的变动作为表征信号。

附图说明

图1为一种具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套结构示意图；

图1中，1、石墨烯底层；2、生物敏化活性物质；3、复合有超薄无线感应芯片的避孕套入口端；4、复合有超薄无线感应芯片的尾端储精囊。

具体实施方式

如图1所示，本发明具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套结构，主要包括：石墨烯底层1、生物敏化活性物质2、复合有超薄无线感应芯片的避孕套入口端3、复合有超薄无线感应芯片的尾端储精囊4等，具体结构如下：

石墨烯底层1做为电极和生物敏化活性物质的载体，生物敏化活性物质2可以是肽类、DNA酶、蛋白质、药剂分子、生物小分子、细菌或细胞等，生物敏化活性物质2与石墨烯底层1相结合，形成超薄石墨烯生化感应膜片；超薄石墨烯生化感应膜片与对应的超薄无线感应芯片连接，复合到乳胶避孕套的内面或外面，或者与乳胶避孕套的内面、外面同时复合，超薄无线感应芯片可以复合到避孕套入口端3、和/或复合避孕套尾端储精囊4部位等。

在具体实施过程中，本发明首先将石墨烯进行生化衍生手段处理，通过物理吸附或生化反应的方式与一些特定的生物敏化活性物质，如：肽类、DNA酶、蛋白质、药剂分子、生物小分子、细菌、细胞等结合，使之具备相应电化学功能。然后将这层超薄石墨烯生化感应膜片和对应的超薄无线感应芯片一起集成后，复合到乳胶避孕套的内面或外面，或者内外面同时复合。负载有生物敏化活性物质的改性超薄石墨烯生化感应膜片随避孕套接触人体体液的细菌、衣原体、支原体、螺旋体等病原体或病毒后，与生物敏化活性物质有生化反应，使得石墨烯电极电位发生变化，从而可引发生物电；或者生化反应引发特定的颜色变化。如有变化的生物电信号，则石墨烯生化感应膜片上变化的生物电信号还将通过超薄无线感应芯片采集处理后，发出无线电磁信号，最终被指定的智能手机、智能平板电脑、智能手表装置所接受。从而，使用者可通过终端设备的信息，了解自己和性伴侣的健康情况。

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

智能自检石墨烯避孕套分为生化显色提醒和电信号提醒两种类型模式。某些性病可以借助生化特殊反应，以显色的模式表示出来。而某些性病通过一些酶反应或抗体抗原反应产生石墨烯生化感应膜片的电位或电流变化，芯片解析电信号的变动作而做出检测判断，下面实施例即为电信号检测模式。

首先，将高导电石墨烯用激光刻蚀成微纳的栅电极，栅电极上附着特定的生物敏化活性物质，如：肽类、DNA酶、蛋白质、药剂分子、生物小分子、细菌、细胞或病毒抗体等制成石墨烯生化感应膜片，其厚度为30μm。然后，将超薄无线感应芯片与石墨烯生化感应膜片设计并集成，超薄无线感应芯片位于储精囊部位，其厚度为100μm。接着，将乳胶避孕套的内外表面都复合上石墨烯生化感应膜片和无线感应芯片的集成体。

使用过程中，如果遇到患者体液，其体液中的细菌或病毒抗原接触栅电极时，与药剂分子或抗体结合。石墨烯电极间原来的电位差会产生微弱的变化，芯片分析通过的阈值电压变化产生的栅电位变化检测出来，实现高灵敏度检测。经过解析变化后，将检测结果的信号发送到智能端口，提醒人们注意性健康。

实施例2

智能自检石墨烯避孕套分为生化显色提醒和电信号提醒两种类型模式。某些性病通过一些酶反应或抗体抗原反应产生石墨烯生化感应膜片的电位或电流变化，芯片解析电信号的变动作而做出检测判断。而某些性病可以借助生化特殊反应，以显色的模式表示出来，下面实施例即为显色检测模式(显色模式可以不需要芯片结构)。

生化显色提醒模式是将衍生改性的石墨烯与生物活性物复合负载，制成30μm的超薄石墨烯生化感应膜片与乳胶避孕套集成一体，避孕套内外皆复合该石墨烯生化感应膜片。使用过程中，患者体液中的病毒或细菌微生物会与石墨烯生化感应膜片上的生物敏化活性物质反应，产生显色效果，从而达到预警提醒作用。

该避孕套的特征在于，套内外复合集成的改性石墨烯膜片上负载有生物敏化活性物质(如：酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原或抗体等物质)。避孕套接触人体表面的体液后，体液内的细菌、衣原体、支原体、螺旋体等病原体(如：引起淋病、非淋菌性尿道炎、早期梅毒、软下疳等)或病毒(如：引起如生殖器疱疹、尖锐湿疣，艾滋病)与对应的生物敏化活性物质发生特异显色的反应，从而最终以显色形式检测出相关的病变情况。

Claims (8)

1.一种具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套，其特征在于，包括：石墨烯底层、生物敏化活性物质、超薄无线感应芯片，具体结构如下：石墨烯底层作为电极和生物敏化活性物质的载体，生物敏化活性物质是亲合素、生物素、肽类、DNA酶、蛋白质、适配体、药剂分子、生物小分子、细菌或细胞，生物敏化活性物质与石墨烯底层相结合，形成超薄石墨烯生化感应膜片；超薄石墨烯生化感应膜片与对应的超薄无线感应芯片集成，并复合于乳胶避孕套上。

2.根据权利要求1所述的具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套，其特征在于，避孕套的入口端复合有超薄无线感应芯片，和/或避孕套的尾端储精囊复合有超薄无线感应芯片。

3.一种权利要求1所述的具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套的制备方法，其特征在于，首先，将石墨烯进行生化衍生手段处理得到改性石墨烯，通过物理吸附或生化反应的方式与生物敏化活性物质相结合，使之具备相应电化学功能；然后，将这层超薄石墨烯生化感应膜片和对应的超薄无线感应芯片一起集成后，复合到乳胶避孕套的内面或外面，或者在乳胶避孕套的内、外两面同时复合；负载有生物敏化活性物质的超薄石墨烯生化感应膜片，随避孕套接触到人体液中的细菌、衣原体、支原体、螺旋体病原体或病毒后，发生生化反应，使得石墨烯电极电位发生变化，从而引发生物电；或者生化反应引发特定的颜色变化或荧光反应。

4.根据权利要求3所述的具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套的制备方法，其特征在于，如有变化的生物电信号，则石墨烯生化感应膜片上变化的生物电信号将通过超薄无线感应芯片采集并处理后，发出无线电磁信号，最终被指定的智能手机、智能平板电脑或智能手表装置所接受。

5.根据权利要求3所述的具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套的制备方法，其特征在于，石墨烯原材料可采用CVD生长的石墨烯、化学法制备的本状态石墨烯或氧化、羧基化、氨基化衍生的石墨烯种类中的一种或两种以上复合使用。

6.根据权利要求3所述的具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套的制备方法，其特征在于，与亲合素、生物素、肽类、DNA酶、蛋白质、适配体、药剂分子、生物小分子、细菌或细胞结合而改性的石墨烯生化感应膜片，其厚度在0.01μm～40μm。

7.根据权利要求3所述的具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套的制备方法，其特征在于，当乳胶避孕套内外同时复合石墨烯生化感应膜片，累计的厚度超过50μm时，内外层的石墨烯生化感应膜片的位置应该在乳胶避孕套上错开。

8.根据权利要求3所述的具有智能自检功能的石墨烯传感避孕套的制备方法，其特征在于，与复合石墨烯生化感应膜片连接的超薄无线感应芯片采集到感应膜的生化电信号，超薄无线感应芯片厚度不超过100微米，分布于避孕套的尾端储精囊或避孕套卷边的入口端区域，尽量不影响使用感受。