CN110726765B - 一种石墨烯生物传感器电极 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石墨烯生物传感器电极，包括绝缘基体、第一直立石墨烯电极、第一焊盘和第一导电孔，第一导电孔贯穿绝缘基体，第一直立石墨烯电极和第一焊盘分别位于绝缘基体的两侧，第一导电孔上下连通第一直立石墨烯电极和第一焊盘，绝缘基体为陶瓷基。绝缘基体设置成陶瓷基体，能够满足多次重复使用的要求，设置直立石墨烯电极，直立石墨烯电极的表面积大，对电的灵敏度高，与生物反应膜的连接更稳定，可重复性好，能够适应小型化、微型化、阵列化的设计需求，本发明还提供了该石墨烯生物传感器电极及其电极阵列的制备方法，可以实现批量化制备。

Description

一种石墨烯生物传感器电极

技术领域

本发明涉及生化参数采集技术领域，具体涉及一种石墨烯生物传感器电极。

背景技术

传统的生物传感器电极都是基于PET基底，或者纸基类的一次性可抛弃式试纸条，通常采用丝网印刷的方式加工。这种试纸条有几个缺点：

①多数采用比色法，无法和电子系统直接对接，检测结果没有实现数据化，不能进行后续的统计分析，没有产生更多价值；不具备数据联网和大数据分析的可能性；

②一次性使用，意味着没有办法做系统性的产品级测试和校准，所以试纸条的功能性能是好是坏，实际上并不能完全确定，只能统计概率，因为一旦测试就需要破坏试纸条；

③基于PET和纸基的印刷工艺，个体间的一致性，批次之间的一致性很难保证，再加上试纸条的功能就是耗材，这也是不同医院、不同设备、不同试纸条得出的结果很难一致的原因所在，如果加工工艺过程中出现了异常，检测甚至会得出错误的结论，给用户带来困惑或恐慌，甚至可能带来悲剧，导致严重的社会后果，也会加剧医患纠纷；试纸条的本身性能是概率性的；

④试纸条的生物传感器由于自身材料和工艺特性的限制，如玻璃化温度，熔点，基底和浆料的结合力都很差，导致了这种试纸条只能做插拔式的结构，没法和微型电子系统组装做出性能更优异，体验更好的生物传感器；也没有办法做更进一步的集成。

由于上述工艺和材料特性限制，试纸条的生物传感器没有办法做到很高的灵敏度；也没有办法做到小型化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种石墨烯生物传感器电极，灵敏度高、重复性好，能够适应小型化的设计需求。

一种石墨烯生物传感器电极，包括绝缘基体、第一直立石墨烯电极、第一焊盘和第一导电孔，第一导电孔贯穿绝缘基体，第一直立石墨烯电极和第一焊盘分别位于绝缘基体的两侧，第一导电孔上下连通第一直立石墨烯电极和第一焊盘，绝缘基体为陶瓷基。

优选的，第一直立石墨烯电极的周侧设置有第一陶瓷围栏；

第一陶瓷围栏的内侧设置第一生物反应膜层；

第一生物反应膜层位于第一直立石墨烯电极的周侧及上部，或，第一生物反应膜层仅位于第一直立石墨烯电极的上部。

优选的，第一生物反应膜层为功能材料、生物酶膜或离子膜等。

优选的，第一直立石墨烯电极的三维表面修饰有

金纳米颗粒、铂纳米颗粒、镍纳米颗粒、银纳米颗粒、钛纳米颗粒、二茂铁纳米颗粒或普鲁士蓝纳米颗粒；不同的直立石墨烯簇修饰同种材料或不同种材料的纳米颗粒；

修饰的方法包括物理气象沉积PCD、化学气象沉积CVD、PECVD或电镀等。

第一直立石墨烯电极的周侧设置有J层第一陶瓷围栏，J为大于等于0的整数。

优选的，还包括第二直立石墨烯电极、贯穿绝缘基体的第二导电孔、第二焊盘和第三焊盘；

第二焊盘和第三焊盘分别位于绝缘基体的两侧，第二导电孔上下连通第二焊盘和第三焊盘；

第二直立石墨烯电极位于第二焊盘的上侧，第一直立石墨烯电极和第二直立石墨烯电极位于绝缘基体的同一侧。

优选的，第二焊盘边缘设置小于90°的过渡角，第二焊盘边缘和绝缘基体形成平缓的过渡连接；或，第二焊盘嵌入绝缘基体1的上表面。

优选的，第一导电孔、第二导电孔和导线为导电材料，导电材料为铜、金、银、铂或钨等耐高温材料中的一种或两种以上混合制作；第一导电孔、第二导电孔和导线的制备工艺为电镀、低温烧结、高温烧结或溅射等工艺；第一焊盘和第三焊盘与主机系统或转接件形成电气连接，连接方式包括物理接触、钎焊、热压焊、粘接等工艺。

优选的，第一焊盘和第二焊盘与绝缘基体构成可插拔的电气连接结构。

通过可插拔的设计，使得该石墨烯生物传感器电极能够设计出标准接口，与标准的测试电路连接，使用的时候不需要人为介入、不需要人为判断；使用方便，能够避免人为判断产生的偏差。

第一焊盘和第二焊盘延伸至绝缘基体的边缘；或，第一焊盘和第二焊盘通过金属导线延伸至绝缘基体的边缘；或，第一焊盘和第二焊盘中的一个延伸至绝缘基体的边缘，另一个位于绝缘基体的边缘。

优选的，在绝缘基体上，制备M个孔形成阵列，孔直径0.05-0.2mm，孔间距0.3～3mm，各个孔内填充金属形成第一导电孔，每个第一导电孔表面都制备出独立的第一直立石墨烯电极；

每个第一直立石墨烯电极修饰不同的反应膜层，分别制备成工作电极、对电极(或参比电极)，多电极阵列可以用于实现多维度的生物信号检测；

未被填充的通孔可用于引流气体；M为大于3的自然数，阵列为长方形阵列或圆阵列。

优选的，第一导电孔沿轴线方向壁体分割为N个以上的不均分的相互绝缘的竖向局部孔壁；第一直立石墨烯电极包括N组直立石墨烯簇，每个竖向局部孔壁上部的直立石墨烯簇相互之间设置间隙；第一焊盘分为彼此绝缘的N个第一焊盘分部；

各个直立石墨烯簇、竖向局部孔壁和第一焊盘分部依次连通；

N大于等于2，N为自然数。

优选的，直立石墨烯簇的上表面及周侧修饰有纳米金、纳米铂或纳米镍；

第一直立石墨烯电极的周侧设置有第一陶瓷围栏；

第一陶瓷围栏的内侧设置第一生物反应膜层；

第一生物反应膜层位于直立石墨烯簇的周侧及上部，或，第一生物反应膜层仅位于直立石墨烯簇的周侧；

各个不同的直立石墨烯簇相互具有不同的表面积。

孔壁采用相割圆来表示。

一种石墨烯生物传感器电极的制备工艺，包括：

A.在陶瓷材料制作的绝缘基体上制作第一导电孔和第一焊盘，第一导电孔上下贯穿绝缘基体，第一焊盘位于第一导电孔的底部；

B.抛光第一导电孔的上部及周侧，与基体表面相平，表面粗糙度不超过0.μm；或通过控制工艺来实现导电孔和绝缘基体的平滑过渡；

C.在第一导电孔的周侧通过陶瓷浆料制作第一陶瓷围栏；

D.在第一导电孔上制备直立石墨烯，形成第一直立石墨烯电极；制备方法包括局部生长，或，整个表面生长后激光刻蚀掉不需要的部分；

E.在第一陶瓷围栏内，第一直立石墨烯电极的三维表面设置第一生物反应膜层。

优选的，D之后E之前还包括：

D1.在第一直立石墨烯电极的表面修饰金纳米颗粒、铂纳米颗粒、镍纳米颗粒、银纳米颗粒、钛纳米颗粒、二茂铁纳米颗粒、普鲁士蓝纳米颗粒等纳米颗粒。

优选的，A还包括：

A1.在陶瓷材料制作的绝缘基体上制作第二导电孔、第二焊盘和第三焊盘，第二导电孔上下贯穿绝缘基体，第二焊盘和第三焊盘分别位于第二导电孔的上部和底部；

C还包括：

C1.在第二焊盘的周侧通过陶瓷浆料制作第二陶瓷围栏；

D还包括：

D2.在第二焊盘的上部及周侧制备直立石墨烯，形成第二直立石墨烯电极；

E还包括：

E1.在第二陶瓷围栏内，第二直立石墨烯电极的表面设置第二生物反应膜层。

所述E之后，还包括：

F.传感器测试校准，及组装应用。

优选的，A还包括：

A2.竖向切割第一导电孔，使得第一导电孔沿轴线方向壁体分割为N个以上的不均分的相互绝缘的竖向局部孔壁；

分割第一直立石墨烯电极为N组直立石墨烯簇，每个竖向局部孔壁上部的直立石墨烯簇相互之间设置间隙；

分割第一焊盘为彼此绝缘的N个第一焊盘分部；

各个直立石墨烯簇、竖向局部孔壁和第一焊盘分部依次连通；

N大于等于2，N为自然数。

本发明的有益效果是：一种石墨烯生物传感器电极，包括绝缘基体、第一直立石墨烯电极、第一焊盘和第一导电孔，第一导电孔贯穿绝缘基体，第一直立石墨烯电极和第一焊盘分别位于绝缘基体的两侧，第一导电孔上下连通第一直立石墨烯电极和第一焊盘，绝缘基体为陶瓷基。绝缘基体设置成陶瓷基体，能够满足多次重复使用的要求，设置直立石墨烯电极，直立石墨烯电极的表面积大，对电的灵敏度高，可重复性好，也能够适应小型化的设计需求，本发明还提供了该石墨烯生物传感器电极的批量化制备方法。

附图说明

下面结合附图对本发明的石墨烯生物传感器电极作进一步说明。

图1是本发明一种石墨烯生物传感器电极的一个实施例的剖视图。

图2是本发明一种石墨烯生物传感器电极的另一个实施例的剖视图。

图3是本发明一种石墨烯生物传感器电极的又一个实施例的剖视图。

图4是本发明一种石墨烯生物传感器电极的智能生物传感器实施例的剖视图。

图5是本发明一种石墨烯生物传感器电极的正面的视图。

图6是本发明一种石墨烯生物传感器电极的反面的视图。

图7是本发明一种直立石墨烯生物传感器阵列应用的正视图。

图8是本发明一种直立石墨烯生物传感器阵列应用的另一个实例的正视图。

图9是本发明一种直立石墨烯生物传感器阵列应用的另一个实例的剖视图。

图中：

1-绝缘基体；21-第一直立石墨烯电极；22-第二直立石墨烯电极；211-直立石墨烯簇；31-第一导电孔；311-竖向局部孔壁；32-第二导电孔；41-第一焊盘；411-第一焊盘分部；42-第二焊盘；43-第三焊盘；51-第一陶瓷围栏；52-第二陶瓷围栏；61-第一生物反应膜层；62-第二生物反应膜层；601-工作电极；602-对电极；603-参比电极；606-通孔；7-金属导线；81-纳米金；82-纳米镍；8-连接材料；9-电路芯片；10-生物传感器；101-载板；102-连接部件；103-主机系统。

具体实施方式

下面结合附图1～9对本发明一种石墨烯生物传感器电极作进一步说明。

实施例一

一种石墨烯生物传感器电极，包括绝缘基体1、第一直立石墨烯电极21、第一焊盘41和第一导电孔31，第一导电孔31贯穿绝缘基体1，第一直立石墨烯电极21和第一焊盘41分别位于绝缘基体1的两侧，第一导电孔31上下连通第一直立石墨烯电极21和第一焊盘41，绝缘基体1为陶瓷基。

绝缘基体1设置成陶瓷基体，能够满足多次重复使用的要求，设置第一直立石墨烯电极21，直立石墨烯电极的比表面积大，对电的灵敏度高，可重复性好，也能够适应小型化的设计需求。

本实施例中，第一直立石墨烯电极21的周侧设置有第一陶瓷围栏51；

第一陶瓷围栏51的内侧设置第一生物反应膜层61；

第一生物反应膜层61位于第一直立石墨烯电极21的周侧及上部，或，第一生物反应膜层61仅位于第一直立石墨烯电极21的周侧。

本实施例中，第一生物反应膜层61为功能材料、生物酶膜或离子膜等。

本实施例中，第一直立石墨烯电极21的表面修饰有纳米金81。

本实施例中，还包括第二直立石墨烯电极22、贯穿绝缘基体1的第二导电孔32、第二焊盘42和第三焊盘43；第二焊盘42和第三焊盘43分别位于绝缘基体1的两侧，第二导电孔32上下连通第二焊盘42和第三焊盘43；第二直立石墨烯电极22位于第二焊盘42的上侧，第一直立石墨烯电极21和第二直立石墨烯电极22位于绝缘基体1的同一侧。

本实施例中，第二直立石墨烯电极22的表面修饰有纳米镍82。

本实施例中，第一焊盘41和第二焊盘42与绝缘基体1构成可插拔的电气连接结构。

第一焊盘41和第二焊盘42延伸至绝缘基体1的边缘。

本实施例中，直立石墨烯阵列电极的三维表面修饰有金、铂、镍、银、钛、二茂铁、普鲁士蓝等纳米颗粒；

第一直立石墨烯电极21的周侧设置有第一陶瓷围栏51；

第一陶瓷围栏51的内侧设置第一生物反应膜层61；

第一生物反应膜层61位于直立石墨烯电极21的周侧及上部，或，第一生物反应膜层61仅位于直立石墨电极21的上部；

本实施例中，第二焊盘42边缘设置小于90°的过渡角，第二焊盘42边缘和绝缘基体1形成平缓的过渡连接；或，第二焊盘42嵌入绝缘基体1的上表面。

本实施例中，第一导电孔31、第二导电孔32和导线7为导电材料，导电材料为铜、金、银、铂或钨等耐高温材料中的一种或两种以上混合制作；第一导电孔31、第二导电孔32和导线7的制备工艺为电镀、低温烧结、高温烧结或溅射等工艺；第一焊盘41和第三焊盘43与主机系统或转接件形成电气连接，连接方式包括物理接触、钎焊、热压焊、粘接等工艺。

在绝缘基体1上，制备M个孔形成阵列，孔直径0.05-0.2mm，孔间距0.3～3mm，各个孔内填充金属形成第一导电孔31，每个第一导电孔31表面都制备出独立的第一直立石墨烯电极21；

每个第一直立石墨烯电极21修饰不同的反应膜层61，分别制备成工作电极601、对电极602或参比电极603，多电极阵列可以用于实现多维度的生物信号检测；

未被填充的通孔606可用于引流气体；M为大于3的自然数，阵列为长方形阵列或圆阵列。

实施例二

本实施例中，第二导电孔32的下部连接金属导线7，金属导线7连接第三焊盘43。

也可以采用替换性的技术方案，第一焊盘41和第二焊盘42通过金属导线7延伸至绝缘基体1的边缘；或，第一焊盘41和第二焊盘42中的一个延伸至绝缘基体1的边缘，另一个位于绝缘基体1的边缘。

本专利涉提供的全新的高密度立体化的生物传感器电极，能够满足物联网时代智能化、数据化和万物互联的需求，基于该发明建立的智能化生物传感器能够解决问题包括：

①智能生物传感器的所有测试都可以数据化、使用方便、不需要人为介入；并且可以根据需求将相关数据存储到特定位置，便于查询，分析和决策。

②设置成可插拔式设计或设置无线通信装置的模块式，能够方便的与外部进行数据交换。

③该专利所涉及的基底采用陶瓷，电极采用直立石墨烯；由于陶瓷杂质少、纯净、物理特性和化学特性都很稳定，而且陶瓷表面能够与直立石墨烯材料、Au、铂等材料都实现很好的集合；这也保证了传感器的信号会更纯净，测量精度更高。

④同时电极表面方便进行纳米化修饰，保证了传感器的灵敏度会更高。

⑤基底为陶瓷，电极采用直立石墨烯，电极表面通过纳米化修饰；外联电极通过设置成不同的焊盘，可以采用粘接、钎焊、绑定和物理接触等方式与主机系统实现良好的结合；同时陶瓷和硅芯片能够很容易实现电气互联和机械互联，这意味着整个系统更容易实现微型化、器件化，从而进入穿戴医疗产品和家庭健康监测场景。

⑥该发明涉及的传感器结构，可以很容易和电子系统实现稳定可靠的机械连接和电气连接，能够很方便的制备成智能生物传感器，可以实现传感器入网。

⑦该发明涉及的传感器，与生物反应膜的结合特性会更优异，可以多次使用，可以系统性的测试和校准，着也保证了客户端的每一个传感器都是好的，避免了在客户端因为测试错误导致的各种问题和困惑。同时，该传感器更适合家庭场景的连续测量。

⑧该发明专利涉及的陶瓷具有很好的化学稳定性和温度耐受性，能够采用薄膜工艺(PECVD)生长石墨烯或直立石墨烯结构，相比用石墨烯粉末分散混合的工艺，传感器的精度和一致性更好，更稳定，同时对生产环境的要求更低，生产人员的安全更有保障；薄膜工艺制备的石墨系统结构，由于纳米化结构是固定的，加工和使用过程中，纳米结构不会游离处理，保证了客户使用的安全性。

⑨该传感器电极和信号处理芯片结合能使实现智能生物传感器功能，可以监控整个生物传感器的生命周期，保证测试精度和准确性。

本发明中，采用立体结构，传感电极和引出焊盘分别设置于陶瓷基板的两面，通过过孔(可以填充或不填充)连接，保证了传感器电极面的利用率更高，同时没有了其他电气结构的干扰，性能更稳定，生物反应酶膜制备工艺更简单；更容易实现高密度器件整合，更容易实现传感器阵列；

直立石墨烯能够提高电极表面积，增大灵敏度；直立石墨烯电极通过过孔导通到陶瓷背面，与主电路进行电气互联；过孔表面平整性和陶瓷的表面保持一致；

直立石墨烯电极周围的陶瓷围栏结构，保证了在后续的工艺过程中，直立石墨烯不会被损坏，能够用吸嘴，机械臂等大规模量产的工艺进行自动化量产；

陶瓷围栏结构，同时保证了反应膜的制备更容易保证一致性，保证测量精准；

陶瓷焊盘侧可以很方便的加工电子线路，方便与信号处理芯片结合制备成智能生物传感器；

采用薄膜工艺生长直立石墨烯，相比用石墨粉末混合工艺，更安全，灵敏度更高。

本实施例中，石墨烯或直立石墨烯的高度设置为1-4μm；起绝缘作用的陶瓷围栏为陶瓷材料，高度5～15μm，能够和陶瓷完美结合，不会有涨缩的影响；陶瓷围栏也可以采用生瓷烧结的方式，高度50～200μm；

导电孔可以仅仅是孔壁设置导电金属，也可以是导电孔内部填充铜、银或金浆料等，熔点一般要求在1000℃以上，过孔直径50μm～300μm，孔太大涨缩可能导致陶瓷开裂。(直立石墨烯的生长温度在800℃左右)。

本实施例中，对于面积较大的焊盘，采用网格状设计，来降低应力的影响。

直立石墨烯的电气连接，有两种设计，一种是导电孔直接和直立石墨烯连接，需要对陶瓷正面抛光，保证过孔区域和陶瓷面一样平整；一种是在过孔表面印刷一个孔盘(第二焊盘)，由于浆料烧结时的流动特性，孔盘边缘和陶瓷能够形成平稳过渡，这样也能保证直立石墨烯的连续性；要求直立石墨烯能完全覆盖孔盘，从而保证信号的稳定性。

绝缘的陶瓷围栏结构可以给生化反应膜的制备提供一个确定涂覆空间，从而保证每次滴涂的反应膜大小都是一样的，保证了传感器的性能和工艺稳定性。

陶瓷工艺为后烧工艺，高温烧结工艺，或低温烧结工艺；直立石墨烯的制备通常需要在800℃左右进行，整个电极结构设计，材料选择和制备工艺的交互影响很大。

可选的，正面绝缘层围栏也可以不制备；

实施例三

图4所示，本实施例中，设计了一种智能生物传感器，权利要求所述的直立石墨烯生物电极，陶瓷基底的底部有ASIC专用集成电路芯片8，通过连接材料9将电路芯片8和石墨烯电极形成电气连接；这样基于直立石墨烯电极制备的生物传感器工作时产生的电信号能够以最短的路径被电路芯片采集和处理，避免了路径干扰，能够制备出体积更小性能更优异的传感器芯片；

由于该智能生物传感器设置有电路芯片，可以很方便进行数据的存储校准，可以对每个传感器实现全生命周期的管控。

实施例四

图5，6所示，本实施例中，设计了一种基于直立石墨烯电极的汗液传感器；该汗液传感器具有直立石墨烯的工作电极601，直立石墨烯或银氯化银材料的对电极602，银氯化银材料的参比电极603，工作电极601，对电极602和参比电极603通过过孔31引到背面给信号处理系统使用；通过在该传感器电极的背面或正面放置电路芯片8，可以制备出微型化的汗液传感器。

以该方案制备的高灵敏汗液传感器，具备智能化属性，该类型电极和芯片结合，通过该传感器进行信号的初步采集，通过本公司开发的信号放大、计算芯片进行数据的进一步加工。

实施例五

图7所示，本实施例中，设计了一种生物传感器阵列，该传感器阵列包含25个生物传感器10，分布在载板101上，同时载板上还设计有电路芯片8，用于处理生物传感器阵列的信号。传感阵列的每个生物传感器可以制备不同的反应膜61来实现不同的应用，同时有电路芯片8配合可以实现不同的功能；该传感器阵列通过连接装置102和主机系统103相连；

比如，以汗液传感器为例，25个生物传感器中包含汗糖传感器，尿酸传感器，乳酸传感器，钾离子传感器，钠离子传感器，pH传感器，皮质醇传感器，重金属离子传感器，皮质醇传感器...，这样就形成一个多功能的汗液传感器，配合数据分析，可以分析出非常多的健康数据。

实施例六

各个直立石墨烯簇211、竖向局部孔壁311和第一焊盘分部411依次连通；

N大于等于2，N为自然数。

我们对上面的结构的导电性进行一步的解释和说明：关于导电通路的问题：从微观角度看，基底石墨烯不是一个完整的层，是残破的、残破位置的石墨烯继续生长，它们并不会在平面上把残破区封闭起来，而是会翘起来形成直立石墨烯叶片。也就是说所有的直立石墨烯片都是基底那几层石墨烯的延展，所以直立石墨烯和基底石墨烯的导电通路属于层内导电、并没有跨层，属于层内导电电路、没有层间跳跃；这就为每个独立的直立石墨烯簇211的独立工作提供了可能，甚至于为直立石墨烯簇211中的每一个独立的直立石墨烯的独立工作提供了可能。

普通石墨烯层与层之间没有导电通路，如果有一层破了，边缘搭在了另外一层的平面上，那么这两层之间就形成了导电通路？层间不是绝缘，但是电阻大，层与层的确是通过边，角搭接在一起，形成导电回路。设置多个直立石墨烯簇211使得各个直立石墨烯簇211具有不同的导电性能提供了可能性。

金属和石墨烯层接触，那么金属和这层石墨是导通的？金属接触了多层，那就和多层导通，金属材料有金属键没有方向性，搭一点，就会和SP2石墨烯大pi键的电子导通。

微观上，基底陶瓷并不会被石墨烯完全覆盖？由于我现在的设计，陶瓷基底上有金属层。

陶瓷基地上平面直立石墨烯间的裂纹宽度是纳米尺度的，考虑到浸润角和石墨烯本身憎水性，溶液不会通过纳米级别的cracks到直立石墨烯间；从电回路上看，从直立石墨烯表面建立电联接，各个独立的直立石墨烯都是单独工作的，各自具有很高的灵敏性。

本发明还提供了该石墨烯生物传感器电极的制备方法。

一种石墨烯生物传感器电极的制备工艺，包括：

A.在陶瓷材料制作的绝缘基体1上制作第一导电孔31和第一焊盘41，第一导电孔31上下贯穿绝缘基体1，第一焊盘41位于第一导电孔31的底部；

B.在第一导电孔31的周侧通过陶瓷浆料制作第一陶瓷围栏51；

C.抛光第一导电孔31的上部及周侧，在第一导电孔31上生长直立石墨烯，形成第一直立石墨烯电极21；

D.在第一陶瓷围栏51内，第一直立石墨烯电极21的表面设置第一生物反应膜层61。

本实施例中，C之后D之前还包括：

C1.在第一直立石墨烯电极21的表面修饰纳米金、纳米铂或纳米镍；

A还包括：

A1.在陶瓷材料制作的绝缘基体1上制作第二导电孔32、第二焊盘42和第三焊盘43，第二导电孔32上下贯穿绝缘基体1，第二焊盘42和第三焊盘43分别位于第二导电孔32的上部和底部；

B还包括：

B1.在第二焊盘42的周侧通过陶瓷浆料制作第二陶瓷围栏52；

C还包括：

C2.抛光第二焊盘42的上部及周侧，在第二焊盘42的上部及周侧生长直立石墨烯，形成第二石墨烯电极22；

D还包括：

D1.在第二陶瓷围栏52内，第二石墨烯电极22的表面设置第二生物反应膜层62。

本实施例中，A还包括：

A2.竖向切割第一导电孔31，使得第一导电孔31沿轴线方向壁体分割为N个以上的不均分的相互绝缘的竖向局部孔壁311；

分割第一直立石墨烯电极21为N组直立石墨烯簇211，每个竖向局部孔壁311上部的直立石墨烯簇211相互之间设置间隙；

分割第一焊盘41为彼此绝缘的N个第一焊盘分部411；

各个直立石墨烯簇211、竖向局部孔壁311和第一焊盘分部411依次连通；

N大于等于2，N为自然数。

补充介绍：制备陶瓷基板，用陶瓷烧结工艺完成过孔、焊盘、正面孔金属抛光和绝缘的陶瓷围栏的制备；

制备石墨烯/直立石墨烯：在高温下生长直立石墨烯；可选的，同时可以在石墨烯上蒸镀需要的纳米粒子，比如金，铂，镍等；

图形化：把正面不需要石墨烯的地方用激光刻蚀掉。

(如有需要)制备其他金属层，如印刷Ag/AgCl参比电极；

检验，测试，分成单粒；

自动化组装，后续应用，如固定反应膜，制备智能生物传感器等。

本发明提供了高灵敏的汗液传感器，具备智能化属性，该类型电极和芯片结合，通过该传感器进行信号的初步采集，通过本公司开发的信号放大、计算芯片进行数据的进一步加工。

该生物传感器电极可以设置成阵列(电子鼻)：一块连接载板上阵列式的放置多个生物传感电极(钎焊，粘接，压焊等方式)，每个电极上涂覆上不同的反应膜，实现多元素的测量；连接载板上可以同时搭载信号处理处理芯片。

生物传感器阵列还可以用图8的实例进一步精细化，和微型化；该结构设置有环形的8个基于直立石墨烯的工作电极601，通过修饰不同的反应膜来检测不同的物质，工作电极可以共用环形的对电极602和参比电极603，也可以设置独立的对电极和参比电极；该设计中还设有通孔606，用于气体或液体的引流。

本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种石墨烯生物传感器电极，包括绝缘基体(1)，其特征在于，还包括第一直立石墨烯电极(21)、第一焊盘(41)和第一导电孔(31)，第一导电孔(31)贯穿所述绝缘基体(1)，所述第一直立石墨烯电极(21)和第一焊盘(41)分别位于所述绝缘基体(1)的两侧，所述第一导电孔(31)上下连通所述第一直立石墨烯电极(21)和第一焊盘(41)，所述绝缘基体(1)为陶瓷基；

所述第一导电孔(31)沿轴线方向壁体分割为N个以上的不均分的相互绝缘的竖向局部孔壁(311)；所述第一直立石墨烯电极(21)包括N组直立石墨烯簇(211)，每个所述竖向局部孔壁(311)上部的直立石墨烯簇(211)相互之间设置间隙；所述第一焊盘(41)分为彼此绝缘的N个第一焊盘分部(411)；

各个所述直立石墨烯簇(211)、竖向局部孔壁(311)和第一焊盘分部(411)依次连通；

N大于等于2，N为自然数。

2.如权利要求1所述石墨烯生物传感器电极，其特征在于，所述第一直立石墨烯电极(21)的周侧设置有第一陶瓷围栏(51)；

所述第一陶瓷围栏(51)的内侧设置第一生物反应膜层(61)；

所述第一生物反应膜层(61)位于所述第一直立石墨烯电极(21)的周侧及上部，或，所述第一生物反应膜层(61)仅位于所述第一直立石墨烯电极(21)的上部；

所述第一生物反应膜层(61)为功能材料。

3.如权利要求2所述石墨烯生物传感器电极，其特征在于，所述第一直立石墨烯电极(21)的三维表面修饰有金、铂、镍、银、钛、二茂铁或普鲁士蓝中的一种或两种以上的组合，修饰材料为纳米颗粒状；还包括第二直立石墨烯电极(22)、贯穿所述绝缘基体(1)的第二导电孔(32)、第二焊盘(42)和第三焊盘(43)；

所述第二焊盘(42)边缘设置小于90°的过渡角，所述第二焊盘(42)边缘和绝缘基体(1)形成平缓的过渡连接；或，所述第二焊盘(42)嵌入绝缘基体(1)的上表面；

所述第二焊盘(42)和第三焊盘(43)分别位于所述绝缘基体(1)的两侧，所述第二导电孔(32)上下连通所述第二焊盘(42)和第三焊盘(43)；

所述第二直立石墨烯电极(22)位于所述第二焊盘(42)的上侧，所述第一直立石墨烯电极(21)和第二直立石墨烯电极(22)位于所述绝缘基体(1)的同一侧。

4.如权利要求3所述石墨烯生物传感器电极，其特征在于，第一导电孔(31)、第二导电孔(32)和导线(7)为导电材料，导电材料为铜、金、银、铂或钨中的一种或两种材料混合；

所述第一导电孔(31)、第二导电孔(32)和导线(7)的制备工艺为电镀、低温烧结、高温烧结或溅射工艺；所述第一焊盘(41)和第三焊盘(43)与主机系统或转接件形成电气连接，连接方式包括物理接触、钎焊、热压焊或粘接工艺。

5.如权利要求1所述石墨烯生物传感器电极，其特征在于，在所述绝缘基体(1)上制备M个孔，形成孔阵列，孔直径0.05-0.2mm，孔间距0.3～3mm，各个孔内填充金属形成第一导电孔(31)，每个第一导电孔(31)表面都制备出独立的第一直立石墨烯电极(21)；

每个第一直立石墨烯电极(21)修饰不同的反应膜层(61)，分别制备成工作电极(601)、对电极(602)或参比电极(603)，多电极阵列可以用于实现多维度的生物信号检测；

未被填充的通孔(606)可用于引流气体；M为大于3的自然数，阵列为长方形阵列或圆阵列。

6.如权利要求1所述石墨烯生物传感器电极，其特征在于，所述直立石墨烯簇(211)的三维表面修饰有金纳米颗粒、铂纳米颗粒、镍纳米颗粒、银纳米颗粒、钛纳米颗粒、二茂铁纳米颗粒或普鲁士蓝纳米颗粒；不同的所述直立石墨烯簇(211)修饰同种材料或不同种材料的纳米颗粒；

所述第一直立石墨烯电极(21)的周侧设置有J层第一陶瓷围栏(51)，J为大于等于0的整数；

所述第一陶瓷围栏(51)的内侧设置第一生物反应膜层(61)；

所述第一生物反应膜层(61)位于所述直立石墨烯簇(211)的周侧及上部，或，所述第一生物反应膜层(61)仅位于所述直立石墨烯簇(211)的上部；

各个不同的直立石墨烯簇(211)相互具有不同的表面积。

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