CN110873744A - 嘌呤传感器的电极结构 - Google Patents

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严平
孙永昭
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Abstract

本发明公开了嘌呤传感器的电极结构。该电极结构包括：圆筒状壳体，所述圆筒状壳体内限定有电极容纳空间；参比电极和对电极，所述参比电极和所述对电极设置在所述电极容纳空间内；多个工作电极，各个所述工作电极均呈柱状，且设置在所述电极容纳空间内；其中，所述工作电极、所述参比电极和所述对电极之间分别由绝缘材料间隔开，所述参比电极、所述对电极和各个所述工作电极的一端伸出所述圆筒状壳体作为感应端，各个所述工作电极的感应端分别设置有适于催化不同嘌呤类物质发生化学反应的敏感膜。该电极结构设计简单、体积小，便于植入家用电器内对食物中的嘌呤类物质进行检测。

Description

嘌呤传感器的电极结构
技术领域
本发明涉及家电领域，具体而言，本发明涉及嘌呤传感器的电极结构。
背景技术
人体内的嘌呤物质长期代谢紊乱，就会产生痛风。其临床特点为高尿酸血症，急性关节炎反复发作，痛风石形成，关节畸形，肾实质性病变等。近年来，全球发病率呈不断上升趋势。目前检测嘌呤的方法有：高效液相色谱法、离子交换色谱法、电泳法、层析法、微分脉冲伏安法、气相色谱法等。但是现有的检测方法操作复杂、耗时较长并且需要定期更换耗材。此外，部分方法(如高效液相色谱法等)需配备大型检测设备，植入性较差，无法嵌入产品平台中。
因此，现有的检测嘌呤类物质的手段仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出嘌呤传感器的电极结构。该电极结构设计简单、体积小，便于植入家用电器内对食物中的嘌呤类物质进行检测。
在本发明的一个方面，本发明了提出了嘌呤传感器的电极结构。根据本发明的实施例，该电极结构包括：
圆筒状壳体，所述圆筒状壳体内限定有电极容纳空间；
参比电极和对电极，所述参比电极和所述对电极设置在所述电极容纳空间内；
多个工作电极，各个所述工作电极均呈柱状，且设置在所述电极容纳空间内；
其中，所述工作电极、所述参比电极和所述对电极之间分别由绝缘材料间隔开，所述参比电极、所述对电极和各个所述工作电极的一端伸出所述圆筒状壳体作为感应端，各个所述工作电极的感应端分别设置有适于催化不同嘌呤类物质发生化学反应的敏感膜。
根据本发明实施例的嘌呤传感器的电极结构，任意一个工作电极可与参比电极和对电极组成三电极体系从而对食物中的嘌呤类物质进行检测，各电极之间由绝缘材料间隔开，以防止各电极之间的导通。参比电极、对电极和各个工作电极的一端伸出圆筒状壳体作为感应端，用于与食物接触，其中各个工作电极的感应端分别设置有适于不同催化嘌呤类物质发生氧化或者还原反应的敏感膜，该“多通道”设计更适于食物中多种嘌呤类物质“多参数、高通量”的检测需求。在敏感膜的催化下，待测食物中的多种嘌呤类物质发生氧化或者还原反应，电极结构检测到食物中电压变化、电流变化等电信号，进而外部电化学检测模块可根据电极结构输出的电信号获得食物中的各种嘌呤类物质的浓度。由此，本发明实施例的嘌呤传感器的电极结构设计简单、体积小，便于植入家用电器内对食物中的嘌呤类物质进行检测，且具有检测灵敏度高、准确度好的优点。
另外，根据本发明上述实施例的嘌呤传感器的电极结构还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述圆筒状壳体由所述绝缘材料形成。
在本发明的一些实施例中，所述圆筒状壳体与所述绝缘材料一体化形成，即圆筒状壳体与绝缘材料为一体化结构。
在本发明的一些实施例中，所述绝缘材料为选自聚乙烯、聚丙烯和橡胶中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述工作电极、所述参比电极和所述对电极分别独立地由金属、石墨或碳纤维形成。
在本发明的一些实施例中，所述参比电极的感应端设置有银/氯化银浆(Ag/AgCl)。
在本发明的一些实施例中，所述工作电极、所述参比电极和所述对电极的感应端边缘为弧形。
在本发明的一些实施例中，所述嘌呤传感器的电极结构进一步包括：连接组件，所述连接组件设置在所述工作电极、所述参比电极和所述对电极的另一端，且适于将所述工作电极、所述参比电极和所述对电极连接至外部电化学检测模块。由此，通过利用外部电化学检测模块根据电极结构所检测到的电信号获得待测食物中的嘌呤浓度。
在本发明的一些实施例中，所述对电极的横截面积大于所述工作电极的横截面积。
在本发明的一些实施例中，所述对电极的横截面积为所述工作电极的横截面积的至少10倍。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的嘌呤传感器的电极结构的结构示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的嘌呤传感器的电极结构的结构示意图；
图3是根据本发明又一个实施例的嘌呤传感器的电极结构的结构示意图；
图4是根据本发明又一个实施例的嘌呤传感器的电极结构的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明了提出了嘌呤传感器的电极结构。根据本发明的实施例，参考图1，该电极结构包括：圆柱状壳体100、参比电极200、对电极300、多个工作电极400和绝缘材料500。其中，圆筒状壳体100内限定有电极容纳空间；参比电极200和对电极300设置在电极容纳空间内；各个工作电极400均呈柱状，且设置在电极容纳空间内；工作电极400、参比电极200和对电极300之间分别由绝缘材料间隔开，参比电极200、对电极300和各个工作电极400的一端伸出所述圆筒状壳体作为感应端，各个工作电极400的感应端分别设置有适于催化不同嘌呤类物质发生化学反应的敏感膜。
根据本发明实施例的嘌呤传感器的电极结构，任意一个工作电极可与参比电极和对电极组成三电极体系从而对食物中的嘌呤类物质进行检测，各电极之间由绝缘材料间隔开，以防止各电极之间的导通。参比电极、对电极和各个工作电极的一端伸出圆筒状壳体作为感应端，用于与食物接触，其中各个工作电极的感应端分别设置有适于不同催化嘌呤类物质发生氧化或者还原反应的敏感膜，该“多通道”设计更适于食物中多种嘌呤类物质“多参数、高通量”的检测需求。在敏感膜的催化下，待测食物中的多种嘌呤类物质发生氧化或者还原反应，电极结构检测到食物中电压变化、电流变化等电信号，进而外部电化学检测模块可根据电极结构输出的电信号获得食物中的各种嘌呤类物质的浓度。由此，本发明实施例的嘌呤传感器的电极结构设计简单、体积小，便于植入家用电器内对食物中的嘌呤类物质进行检测，且具有检测灵敏度高、准确度好的优点。
下面参考图1～4对根据本发明实施例的嘌呤传感器的电极结构进行详细描述：
根据本发明的实施例，圆筒状壳体100可由用于分隔三电极体系的绝缘材料形成。由此，圆筒状壳体100为绝缘外壳，可扩展电极结构的应用场景。
根据本发明的具体示例，本发明实施例的电极结构设计简单、体积小巧，适用于不同应用场景下电器中食物的嘌呤类物质检测，例如可将本发明实施例的电极结构植入豆浆机、破壁机、电饭煲等电器中，在不同应用场景下完成对食物中嘌呤类物质的检测。
根据本发明的实施例，圆筒状壳体100与上述绝缘材料一体化形成，即圆筒状壳体100与绝缘材料500为一体化结构，三电极体系之间的间隔空间由绝缘材料500填充。由此，圆筒状壳体100与绝缘材料500可由模具一体化形成，各个电极插入圆筒状壳体100与绝缘材料500的一体化结构中，电极结构的制备更为简单，制备成本更低。
根据本发明的实施例，上述绝缘材料可以采用绝缘树脂、橡胶或塑料材料。根据本发明的具体示例，上述绝缘材料可以为选自聚乙烯、聚丙烯和橡胶中的至少之一。
根据本发明的实施例，工作电极400、参比电极200和对电极300分别独立地由金属、石墨或碳纤维形成。
根据本发明的实施例，本发明的电极结构也可以将参比电极200和对电极300合并为一个，从而构成工作电极和对电极的两电极体系。
根据本发明的实施例，工作电极400感应端设置的感应膜的种类并不受特别限制，只要能够催化嘌呤类物质发生化学反应(例如氧化或者还原反应)即可，本领域技术人员可以根据实际需要选择常规的具有上述功能的感应膜。根据本发明的具体示例，通过将不同的工作电极感应端采用适于催化不同嘌呤类物质发生化学反应的敏感膜修饰，可以实现多种嘌呤类物质(例如鸟嘌呤、腺嘌呤、黄嘌呤，次黄嘌呤等)的同时检测。
根据本发明的实施例，参比电极200的感应端设置有银/氯化银浆(Ag/AgCl)，由此，可进一步有利于三电极体系获得稳定的电压，提高检测的稳定性。对电极表面可不做任何修饰。
根据本发明的具体示例，参比电极200和对电极300的个数要求为不少于一个，在本发明的一些实施例中，参比电极200和对电极300可以为多个。任意一个工作电极400可与一个参比电极200和一个对电极300构成三电极体系，其中工作电极-参比电极用于加载电压模式，工作电极-对电极回路用于电流检测。
根据本发明的实施例，工作电极400、参比电极200和对电极300的感应端边缘为弧形。由此，可避免电极在工作中发生尖端放电，提高检测的稳定性。
根据本发明的实施例，参考图4，本发明的嘌呤传感器的电极结构进一步包括：连接组件600。根据本发明的实施例，连接组件600设置在工作电极400、参比电极200和对电极300的另一端，且适于将工作电极400、参比电极200和对电极300连接至外部电化学检测模块。由此，通过利用外部电化学检测模块根据电极结构所检测到的电信号获得待测食物中的嘌呤浓度。根据本发明的具体示例，连接组件600可包括与各个电极对应的导电柱、外接焊盘和接口。
根据本发明的实施例，图1～3显示了本发明实施例的嘌呤传感器的电极结构中各电极感应端的表面结构示意图。根据本发明的实施例，对电极300的横截面积大于工作电极400的横截面积。由此，可进一步有利于电极结构的信号响应，从而提高电极结构检测食物中嘌呤类物质的灵敏度和准确度。
根据本发明的实施例，对电极300的横截面积为工作电极400的横截面积的至少10倍。由此，可进一步有利于电极结构的信号响应，并进一步提高电极结构检测食物中嘌呤类物质的灵敏度和准确度。
根据本发明的实施例，如图1～3所示，工作电极400、参比电极200和对电极300的分布采用对称式设计，由此可以保证多通道工作电极的一致性，从而进一步提高检测的准确度。
综上可知，根据本发明实施例的嘌呤传感器的电极结构，任意一个工作电极可与参比电极和对电极组成三电极体系从而对食物中的嘌呤类物质进行检测，各电极之间由绝缘材料间隔开，以防止各电极之间的导通。参比电极、对电极和各个工作电极的一端伸出圆筒状壳体作为感应端，用于与食物接触，其中各个工作电极的感应端分别设置有适于不同催化嘌呤类物质发生氧化或者还原反应的敏感膜，该“多通道”设计更适于食物中多种嘌呤类物质“多参数、高通量”的检测需求。在敏感膜的催化下，待测食物中的多种嘌呤类物质发生氧化或者还原反应，电极结构检测到食物中电压变化、电流变化等电信号，进而外部电化学检测模块可根据电极结构输出的电信号获得食物中的各种嘌呤类物质的浓度。由此，本发明实施例的嘌呤传感器的电极结构设计简单、体积小，便于植入家用电器内对食物中的嘌呤类物质进行检测，且具有检测灵敏度高、准确度好的优点。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种嘌呤传感器的电极结构，其特征在于，包括：
圆筒状壳体，所述圆筒状壳体内限定有电极容纳空间；
参比电极和对电极，所述参比电极和所述对电极设置在所述电极容纳空间内；
多个工作电极，各个所述工作电极均呈柱状，且设置在所述电极容纳空间内；
其中，所述工作电极、所述参比电极和所述对电极之间分别由绝缘材料间隔开，所述参比电极、所述对电极和各个所述工作电极的一端伸出所述圆筒状壳体作为感应端，各个所述工作电极的感应端分别设置有适于催化不同嘌呤类物质发生化学反应的敏感膜。
2.根据权利要求1所述的嘌呤传感器的电极结构，其特征在于，所述圆筒状壳体由所述绝缘材料形成。
3.根据权利要求2所述的嘌呤传感器的电极结构，其特征在于，所述圆筒状壳体与所述绝缘材料一体化形成。
4.根据权利要求2所述的嘌呤传感器的电极结构，其特征在于，所述绝缘材料为选自聚乙烯、聚丙烯和橡胶中的至少之一。
5.根据权利要求1所述的嘌呤传感器的电极结构，其特征在于，所述工作电极、所述参比电极和所述对电极分别独立地由金属、石墨或碳纤维形成。
6.根据权利要求1所述的嘌呤传感器的电极结构，其特征在于，所述参比电极的感应端设置有银/氯化银浆。
7.根据权利要求1所述的嘌呤传感器的电极结构，其特征在于，所述工作电极、所述参比电极和所述对电极的感应端边缘为弧形。
8.根据权利要求1所述的嘌呤传感器的电极结构，其特征在于，进一步包括：
连接组件，所述连接组件设置在所述工作电极、所述参比电极和所述对电极的另一端，且适于将所述工作电极、所述参比电极和所述对电极连接至外部电化学检测模块。
9.根据权利要求1～8任一项所述的嘌呤传感器的电极结构，其特征在于，所述对电极的横截面积大于所述工作电极的横截面积。
10.根据权利要求9所述的嘌呤传感器的电极结构，其特征在于，所述对电极的横截面积为所述工作电极的横截面积的至少10倍。
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