CN115343346A - 离子传感器及其无掩模制备方法及体液传感监测系统 - Google Patents
离子传感器及其无掩模制备方法及体液传感监测系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115343346A CN115343346A CN202210929116.8A CN202210929116A CN115343346A CN 115343346 A CN115343346 A CN 115343346A CN 202210929116 A CN202210929116 A CN 202210929116A CN 115343346 A CN115343346 A CN 115343346A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- silver
- electrode layer
- substrate
- ion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 title claims abstract description 13
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 title abstract description 11
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 142
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 142
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 142
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 79
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 66
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 52
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 34
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims abstract description 32
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 30
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 80
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 33
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 claims description 33
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 12
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 10
- NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N Potassium ion Chemical compound [K+] NPYPAHLBTDXSSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001414 potassium ion Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 4
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 5
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 25
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000036541 health Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine Chemical compound O1CCOC2=CSC=C21 GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000004159 blood analysis Methods 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000002508 contact lithography Methods 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000002290 gas chromatography-mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 229960002796 polystyrene sulfonate Drugs 0.000 description 1
- 239000011970 polystyrene sulfonate Substances 0.000 description 1
- 238000004313 potentiometry Methods 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003248 secreting effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 239000002676 xenobiotic agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/333—Ion-selective electrodes or membranes
- G01N27/3335—Ion-selective electrodes or membranes the membrane containing at least one organic component
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/14507—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue specially adapted for measuring characteristics of body fluids other than blood
- A61B5/14517—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue specially adapted for measuring characteristics of body fluids other than blood for sweat
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/14546—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring analytes not otherwise provided for, e.g. ions, cytochromes
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Surgery (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Public Health (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种离子传感器及其无掩模制备方法及体液传感监测系统，制备方法包括：提供第一衬底与第二衬底；在第一衬底的表面采用点胶打印的方式打印第一银电极层,在第二衬底的表面采用点胶打印的方式打印第二银电极层；其中，第一银电极层为工作电极层，第二银电极层为参比电极层；在第一银电极层上制备树枝状金层；在树枝状金层上制备PEDOT:PSS聚合物层；在PEDOT:PSS聚合物层上制备第一离子选择膜层；第二银电极层将第二银电极层转换为银/氯化银电极层，并在银/氯化银层上制备PVB膜层。本发明通过打印方式制备电极，不会产生多余的原料，且不需要使用掩模版来确定电极的形状，提高了可选图案的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及监测技术领域，尤其涉及的是一种离子传感器及其无掩模制备方法及体液传感监测系统。
背景技术
人体汗液能够分泌多种生化成分，包括电解质、代谢物和外源性物质，是与生理状况相关的最重要的体液之一。与传统的血液分析相比，汗液分析具有无创获取的独特优势，使其更容易被公众使用并可用于预防性监测。然而，早期对汗液的研究仅限于实验室，通常依赖于大型专业仪器，如色谱仪、分光光度计、火焰发射光度计、电化学设备、质谱仪和气相色谱-质谱法。长期以来，缺乏实时的汗液处理和分析技术极大地阻碍了汗液研究的发展。可穿戴传感器具有小型化、快速响应和适用于现场应用的优点，使汗液分析更适合无创、实时和连续监测，其可实现人体多种指标的连续、无创检测，在现代医疗检测中正扮演越来越重要的角色。而柔性传感器具有良好的柔韧性、延展性，可以自由弯曲、折叠，而且结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，柔性传感器可作为可穿戴传感器在汗液健康监测领域显示出巨大的应用价值，成为当前热门研究领域之一并取得了迅猛发展。
传统柔性传感器的电极制备方法通常采用化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)工艺。然而，类似蒸镀或磁控溅射制备电极的过程通常需要由特殊定制的掩模版来确定电极形状，这大大增加了材料的浪费并降低了可选图案的灵活性。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种离子传感器及其无掩模制备方法及体液传感监测系统，以解决传统离子传感器的电极制备方法由于需要掩模板来确定电极形状而导致的材料的浪费及降低了可选图案的灵活性的问题。
本发明的技术方案如下：
一种离子传感器的无掩模制备方法，其包括：
提供第一衬底与第二衬底；
在所述第一衬底的表面采用点胶打印的方式打印第一银电极层,在所述第二衬底的表面采用点胶打印的方式打印第二银电极层；其中，所述第一银电极层为工作电极层，所述第二银电极层为参比电极层；
在所述第一银电极层上制备树枝状金层；
在所述树枝状金层上制备PEDOT:PSS聚合物层；
在所述PEDOT:PSS聚合物层上制备第一离子选择膜层；
将所述第二银电极层转换为银/氯化银电极层，并在所述银/氯化银层上制备PVB膜层。
本发明的进一步设置，所述在所述第一衬底的表面采用点胶打印的方式打印第一银电极层,在所述第二衬底的表面采用点胶打印的方式打印第二银电极层的步骤包括：
将银墨水放入孔径为0.1-50mm的点胶打印头中，使用2-100KPa的打印压强在所述第一衬底上打印第一银电极层，并在所述第二衬底上打印第二银电极层；
将打印完成的第一银电极层与第二银电极层置于加热台上进行加热干燥处理。
本发明的进一步设置，所述在所述第一银电极层上制备树枝状金层的步骤包括：
在所述第一银电极层上循环沉积金溶液，以在所述第一银电极层上覆盖一层所述树状金层。
本发明的进一步设置，所述在所述树枝状金层上制备PEDOT:PSS聚合物层的步骤包括：
采用超纯水对覆盖有树枝状金层的所述第一银电极层进行清洗，并干燥处理；
在所述树枝状金层上循环沉积PEDOT:PSS聚合物。
本发明的进一步设置，所述在所述PEDOT:PSS聚合物层上制备第一离子选择膜层的步骤包括：
对沉积有PEDOT:PSS聚合物层的所述第一银电极层进行干燥处理；
在所述PEDOT:PSS聚合物层上滴加若干滴离子选择膜溶液；
对滴加离子选择膜溶液的所述第一银电极层进行干燥处理。
本发明的进一步设置，所述将所述第二银电极层转换为银/氯化银电极层，并在所述银/氯化银层上制备PVB膜层的步骤包括：
在所述第二银电极层上滴加氯化铁溶液并完全覆盖所述第二银电极层；
覆盖预设时长后去除氯化铁溶液，以得到银/氯化银电极层；
在银/氯化银层上滴加若干滴PVB溶液；
进行干燥处理。
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种如上述所述的离子传感器的无掩模制备方法制成的离子传感器，包括电路板以及设置在所述电路板上的工作电极与参比电极，所述工作电极包括：
第一衬底；
第一银电极层，设置在所述第一衬底上；
树枝状金层，设置在所述第一银电极层上；
PEDOT:PSS聚合物层，设置在所述树枝状金层上；
第一离子选择膜层，设置在所述树枝状金层上；
所述参比电极包括：
第二衬底；
银/氯化银层，所述银/氯化银层设置在所述第二衬底上；
PVB膜层，所述PVB膜层设置在所述银/氯化银层上。
本发明的进一步设置，所述第一离子选择膜层为钙离子选择膜层、钾离子选择膜层或钠离子选择膜层的一种。
本发明的进一步设置，所述树枝状金层的厚度为10-300纳米。
基于同样的发明构思，本发明还提供了一种体液传感监测系统，其包括：终端、信号处理传输电路以及如上述所述的离子传感器；其中，
所述离子传感器与所述信号处理传输电路连接，所述离子传感器用于将监测到的电信号发送给所述信号处理传输电路；
所述信号处理传输电路与所述终端连接，所述信号处理传输电路用于接收所述离子传感器发送的所述电信号并将所述电信号转换为汗液成分信息发送至所述终端；
所述终端用于接收所述信号处理传输电路发送的所述汗液成分信息并进行分析。
本发明所提供的一种离子传感器及其无掩模制备方法及体液传感监测系统，制备方法包括：提供第一衬底与第二衬底；在所述第一衬底的表面采用点胶打印的方式打印第一银电极层,在所述第二衬底的表面采用点胶打印的方式打印第二银电极层；其中，所述第一银电极层为工作电极层，所述第二银电极层为参比电极层；在所述第一银电极层上制备树枝状金层；在所述树枝状金层上制备PEDOT:PSS聚合物层；在所述PEDOT:PSS聚合物层上制备第一离子选择膜层；将所述第二银电极层转换为银/氯化银电极层，并在所述银/氯化银层上制备PVB膜层。本发明通过打印方式制备电极，是在衬底上增加导电材料，不会产生多余的原料，避免造成浪费，且打印的制备方式可以制备各种电极图案，只需要在打印仪器上画出目标图形即可制备，不需要使用掩模版来确定电极的形状，提高了可选图案的灵活性。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明中离子传感器的无掩模制备方法的流程示意图。
图2是本发明中离子传感器的结构示意图。
图3是本发明中工作电极的结构示意图。
图4是本发明中参比电极的结构示意图。
附图中各标记：100、电路板；200、工作电极；201、第一衬底；202、第一银电极层；203、树枝状金层；204、PEDOT:PSS聚合物层；205、第一离子选择膜层；300、参比电极；301、第二衬底；302、银/氯化银电极层；303、PVB膜层。
具体实施方式
本发明提供一种离子传感器及其无掩模制备方法及体液传感监测系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
经发明人研究发现，开发性能优异、制备方法简单的柔性传感器对非侵入汗液健康监测设备的发展具有重要意义。目前采用化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)工艺制备传感器的电极的工艺应用面很广，但是也存在较多的缺陷。对于CVD方法而言，由于其是通过化学反应的方式，使气态或蒸汽状的化学物质在基片表面沉积，因此对温度要求很高，让部分基材难以承受。除此以外，反应的气体可能具有腐蚀性、毒性和爆炸性，污染环境且会造成实验室安全隐患。另外，大部分反应残余物可能会积存于镀膜表面，导致杂质污染。而对于PVD磁控溅射技术，其利用物理方式将气态原子或分子电离成离子，并通过等离子体方式在基底表面沉积材料。虽然它对于环境污染小，耗材少，过程简单，但由于等离子体的不确定性，以及可能存在的磁场分布不均等因素，制备的电极均匀性会变差，影响后续电位法测量离子(例如钙离子)浓度的精确性。
针对上述技术问题，本发明所提供的一种离子传感器及其无掩模制备方法及体液传感监测系统，通过打印方式制备电极，可以避免环境污染、安全隐患以及影响精确性等问题，且打印的制备方式是在衬底上增加导电材料，不会产生多余的原料，避免造成浪费。另外，通过打印方式，可根据用户需求随时改变电极图案形状，同时也提高了材料的利用率，只需要在打印仪器上画出目标图形即可制备，不需要使用掩模版来确定电极的形状，提高了可选图案的灵活性，符合可穿戴非侵入式汗液传感健康监测的发展方向。
请参阅图1，本发明提供了一种离子传感器的无掩模制备方法的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供的一种离子传感器的无掩模制备方法，其包括步骤：
S10、提供第一衬底与第二衬底；
具体地，所述第一衬底与所述第二衬底均为柔性(PET)衬底，柔性衬底具有良好的柔韧性与延展性，为制作柔性传感器提供了基础，使得制成的离子传感器在使用过程中能够与皮肤更加贴合，增加使用舒适度。
在一些实施例中，所述第一衬底与所述第二衬底的厚度在0.1-1mm，例如可以是0.5mm。
其中，所述第一衬底用于制作工作电极，所述第二衬底用于制作参比电极。
S20、在所述第一衬底的表面采用点胶打印的方式打印第一银电极层,在所述第二衬底的表面采用点胶打印的方式打印第二银电极层；其中，所述第一银电极层为工作电极层，所述第二银电极层为参比电极层；
具体地，离子传感器的制作方式采用点胶打印的方式，点胶设备包括微型针头喷嘴(打印头)、可移动载物台和速度控制系统，通过选择合适的压力、点胶速度、喷嘴内径、喷嘴与载物台之间的距离等变量，可使打印出来的电极具有更均匀和更窄的形状。
本实施例在电极制作过程中通过采用点胶印刷方法，可以使电极的长宽比和线宽具有更好的均匀性。除此以外，由于点胶机印刷是一种新的数字印刷技术，具有完整的几何设计灵活性和直接写入多层设备的能力，因此无需定制工具就能够打印各种油墨粘度，包括喷墨和丝网印刷油墨的粘度，并允许有比丝网、喷墨和气溶胶印刷更宽粘度范围的材料沉积。相比较丝网印刷技术，虽然它对于电极的制造是一种非常有用的工艺，但由于掩模和晶圆之间的直接接触，它可能存在一些污染和损坏的问题，而点胶这种非接触式印刷工艺已成为这一过程中不可或缺的替代方案。
需要说明的是，本实施例的打印方式可以使用喷墨打印、卷对卷打印等方式，打印墨水可以是碳黑、石墨烯、碳纳米管或者其他导电墨水。
S30、在所述第一银电极层上制备树枝状金层；
具体地，本实施例通过在第一银电极层上进行树枝状金层结构的制备，能够抓住其他层，例如第一银电极层与聚合物层，从而能够防止第一银电极层与聚合物层在使用过程中因无抓点而逐渐脱落，使得离子传感器的性能更加稳定，使用寿命更长。另外，因树枝状金层的立体结构相对于平面层增加了接触面积，可以使得传感器的电极制备的更小，监测时所需的汗液量更小，因而具有较低的汗液检测极限。
S40、在所述树枝状金层上制备PEDOT:PSS聚合物层；
具体地，PEDOT:PSS是一种高分子聚合物的水溶液，导电率很高，根据不同的配方，可以得到导电率不同的水溶液，能够使得离子传感器具有较好的灵敏性。该产品是由PEDOT和PSS两种物质构成，PEDOT是EDOT(3，4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐，这两种物质在一起极大的提高了PEDOT的溶解性。
S50、在所述PEDOT:PSS聚合物层上制备第一离子选择膜层；
具体地，本实施例中的离子传感器用于监测人体汗液，所述第一离子选择膜层可以是钙离子选择膜层、钾离子选择膜层或钠离子选择膜层，例如，可以是钙离子选择膜层，通过钙离子选择膜层可以对汗液中的钙离子选择性识别。
S60、将所述第二银电极层转换为银/氯化银电极层，并在所述银/氯化银层上制备PVB膜层。
具体地，通过在所述银/氯化银电极层上采用电化学沉积方式制作PVB膜层，所述PVB膜层具有保护参比电极的作用。
在上述方案中，通过采用点胶打印的方式制备第一银电极层与第二银电极层，具有节省时间成本，且制备简单、环保。打印是在衬底上增加导电材料，不会产生多余的原料，避免造成浪费。且打印的制备方式可以在任意柔性的衬底上进行器件的制备，具有更宽的衬底可选择性，并可以制备各种电极图案，只需要在打印仪器上画出目标图形即可制备，不需要使用掩模版来确定电极的形状，具有宽目标图形优势，提高了可选图案的灵活性，适用于大规模制备。另外，树枝状金层能够增强离子传感器的稳定性能，能够对汗液中的离子含量进行长期稳定测量，并可以使得离子传感器的电极制备的更小，具有更低的汗液检测极限。再者，本实施例中的离子传感器由柔性材料制备，有助于与皮肤贴合，可穿戴性好。
在一些实施例中步骤S20包括：
S21、将银墨水放入孔径为0.1-50mm的点胶打印头中，使用2-100KPa的打印压强在所述第一衬底上打印第一银电极层，并在所述第二衬底上打印第二银电极层；
S22、将打印完成的第一银电极层与第二银电极层置于加热台上进行加热干燥处理。
具体地，打印时，将银墨水放入孔径为0.1-50mm的点胶打印头中，使用2-100KPa的打印压强在厚度为0.1-1mm的柔性薄膜衬底上打印第一银电极层(工作电极层)与第二银电极层(参比电极层)。在打印的过程中控制打印头与第一衬底、第二衬底之间的距离为0.1-5mm，打印速度控制在0.1-5mm/min，打印次数为1-5次。打印完成后得到直径为0.1-20mm的圆形的第一银电极层以及直径为0.1-20mm的圆形的第二银电极层，两电极层间隔设置，两者之间的距离在1-5mm之间。同时，将两工作电极与参比电极的导线进行打印，以便于与外界的信号处理传输电路连接，在一些实施例中，两电极的导线的直径为2-15mm。
在打印完成后，将打印完的第一银电极层与第二银电极层置于加热台上进行加热干燥，加热温度为50-100℃，加热时间为30-200分钟。
在一些实施例中，步骤S30包括：
S31、在所述第一银电极层上循环沉积金溶液，以在所述第一银电极层上覆盖一层所述树状金层。
具体地，在第一银电极层完全加热干燥之后，在所述第一银电极层上沉积金溶液，沉积循环次数在100-5000次之间，以在所述第一银电极层上覆盖一层高度为10-300nm的金枝晶。
在一些实施例中，步骤S40包括：
S41、采用超纯水对覆盖有树枝状金层的所述第一银电极层进行清洗，并干燥处理；
S42、在所述树枝状金层上循环沉积PEDOT:PSS聚合物。
具体地，采用超纯水对覆盖有树枝状金层的第一银电极层进行清洗，清洗次数为1-5次，清洗完成之后干燥1-10分钟。干燥后在覆盖有树枝状金层的第一银电极层上沉积PEDOT:PSS沉积循环的次数为10-2000次。
在一些实施例中，步骤S50包括：
S51、对沉积有PEDOT:PSS聚合物层的所述第一银电极层进行干燥处理；
S52、在所述PEDOT:PSS聚合物层上滴加若干滴离子选择膜溶液；
S53、对滴加离子选择膜溶液的所述第一银电极层进行干燥处理。
具体地，首先对沉积PEDOT:PSS的第一银电极层进行1-40分钟的干燥处理，其后在干燥的PEDOT:PSS聚合物层滴加离子选择膜溶液，滴加量为0.3-20uL，滴加次数为1-5次，其后再进行干燥处理，其中干燥时间为0.1-10小时，干燥温度为25-80℃。
在一些实施例中，步骤S60包括：
S61、在所述第二银电极层上滴加氯化铁溶液并完全覆盖所述第二银电极层；
S62、覆盖预设时长后去除氯化铁溶液，以得到银/氯化银电极层；
S63、在，以得到银/氯化银电极层上滴加若干滴PVB溶液；
S64、进行干燥处理。
具体地，在干燥后的第二银电极层上滴加0.2-5M的氯化铁溶液1-10滴，并完全覆盖住所述第二银电极层，覆盖时间为1-100秒，之后去除氯化铁溶液，以将所述第二银电极层转换为银/氯化银电极层。其后，在银/氯化银电极层上滴加2-30uLPVB溶液，之后进行干燥处理即可得到PVB膜，其中干燥时间为2-60分钟，干燥温度为25-80℃。
为更好的理解本发明，以下以离子选择膜层为钙离子选择膜层的具体实施例进行说明。
首先，取5ml银墨水置于点胶打印管中，其中，点胶打印头为0.2mm,打印压强为10KPa，打印高度为0.2mm，打印层数为3层，工作电极(第一银电极层)直径为5mm，参比电极(第二银电极层)直径为4mm，导线直径为3mm，打印后干燥温度为70℃，干燥时间为2h。在在所述第一银电极层上制作所述树枝状金层时，在干燥的第一银电极层上沉积金溶液3000次，其后沉积PEDOT:PSS1000次，再在干燥温度为50℃的环境下干燥10分钟，再在PEDOT:PSS聚合物层上滴加10uL钙离子选择膜，在30℃温度下干燥8小时即可完成工作电极的制作。在进一步制作参比电极时，在打印完成的第二电极上滴加3uL氯化铁溶液，静止8秒后去除氯化铁溶液，之后滴加3uL的PVB溶液，在进行干燥60分钟即可完成参比电极的制备。
请参阅图2至图4，在一些实施例中，本发明还提供了一种离子传感器，其包括电路板100以及设置在所述电路板100上的工作电极200与参比电极300，所述工作电极200包括：第一衬底201；第一银电极层202，设置在所述第一衬底201上；树枝状金层203，设置在所述第一银电极层202上；PEDOT:PSS聚合物层204，设置在所述树枝状金层203上；第一离子选择膜层205，设置在所述树枝状金层203上；所述参比电极300包括：第二衬底301；银/氯化银电极层302，所述银/氯化银电极层302设置在所述第二衬底301上；PVB膜层303，所述PVB膜层303设置在所述第二银电极层302上。
具体地，所述工作电极200与所述参比电极300均为柔性材料制成，所述电路板100为柔性电路板，制成的传感器柔性贴合皮肤，具有较好的可穿戴性。所述第一离子选择膜层205为钙离子选择膜层、钾离子选择膜层或钠离子选择膜层的一种。所述第一离子选择膜层205只允许相应的离子进入至传感器内部，例如，钙离子选择膜层只允许钙离子进入至传感器内部。所述工作电极200与所述参比电极300的电极电位可以反映出含有离子的溶液中离子的活度，例如，可以反映出汗液中钙离子的活度，从而实现对人体汗液的监测。
在一些实施例中，所述树枝状金层203为立体结构，所述树枝状金层203的厚度为10-300纳米，能够防止第一银电极层202与PEDOT:PSS聚合物层在使用过程中因无抓点而逐渐脱落，使得离子传感器的性能更加稳定，使用寿命更长。另外，因树枝状金层203的立体结构相对于平面层增加了接触面积，可以使得传感器的电极制备的更小，监测时所需的汗液量更小，因而具有较低的汗液检测极限。在一种实现方式中，所述树枝状金层203的厚度可以是50纳米。
具体实施时，将制备好的离子传感器贴于人体的左小臂上，在运动一定时长，例如10分钟，汗液开始接触离子传感器，随着时间的变化离子传感器检测出不同响应。
在一些实施例中，本发明还提供了一种体液传感监测系统，其包括：终端、信号处理传输电路以及如上述所述的离子传感器；其中，所述离子传感器与所述信号处理传输电路连接，所述离子传感器用于将监测到的电信号发送给所述信号处理传输电路；所述信号处理传输电路与所述终端连接，所述信号处理传输电路用于接收所述离子传感器发送的所述电信号并将所述电信号转换为汗液成分信息发送至所述终端；所述终端用于接收所述信号处理传输电路发送的所述汗液成分信息并进行分析。
具体地，所述离子传感器通过导线与所述信号处理传输电路连接，所述电信号可以是钙离子含量电信号、钠离子含量电信号、钾离子含量电信号等。所述信号处理传输电路可以通过蓝牙将汗液成分信息无线传输至所述终端。其中，所述信号处理传输电路为现有技术，在此不再赘述。
所述终端可以是计算机、手机等，所述终端可以将所述信号传输电路发送的汗液成分信息进行分析，生成与汗液成分信息对应的分析数据，所述分析数据可以是人体多种指标数据以及运动、训练建议数据等。
综上所述，本发明所提供的一种离子传感器及其无掩模制备方法及体液传感监测系统，具有以下有益效果：
通过采用点胶打印的方式制备第一银电极层与第二银电极层，具有节省时间成本，且制备简单、环保、节约能耗。打印在衬底上增加导电材料，不会产生多余的原料，避免造成浪费；
打印的制备方式可以在任意柔性的衬底上进行器件的制备，具有更宽的衬底可选择性，并可以制备各种电极图案，只需要在打印仪器上画出目标图形即可制备，不需要使用掩模版来确定电极的形状，具有宽目标图形优势，提高了可选图案的灵活性；
树枝状金层能够增强离子传感器的稳定性能，使得传感器的使用寿命更长，并可以使得离子传感器的电极制备的更小，具有更低的汗液检测极限；
离子传感器由柔性材料制备，有助于与皮肤贴合，可穿戴性好。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种离子传感器的无掩模制备方法，其特征在于，包括：
提供第一衬底与第二衬底；
在所述第一衬底的表面采用点胶打印的方式打印第一银电极层,在所述第二衬底的表面采用点胶打印的方式打印第二银电极层；其中，所述第一银电极层为工作电极层，所述第二银电极层为参比电极层；
在所述第一银电极层上制备树枝状金层；
在所述树枝状金层上制备PEDOT:PSS聚合物层；
在所述PEDOT:PSS聚合物层上制备第一离子选择膜层；
将所述第二银电极层转换为银/氯化银电极层，并在所述银/氯化银层上制备PVB膜层。
2.根据权利要求1所述的离子传感器的无掩模制备方法，其特征在于，所述在所述第一衬底的表面采用点胶打印的方式打印第一银电极层,在所述第二衬底的表面采用点胶打印的方式打印第二银电极层的步骤包括：
将银墨水放入孔径为0.1-50mm的点胶打印头中，使用2-100KPa的打印压强在所述第一衬底上打印第一银电极层，并在所述第二衬底上打印第二银电极层；
将打印完成的第一银电极层与第二银电极层置于加热台上进行加热干燥处理。
3.根据权利要求2所述的离子传感器的无掩模制备方法，其特征在于，所述在所述第一银电极层上制备树枝状金层的步骤包括：
在所述第一银电极层上循环沉积金溶液，以在所述第一银电极层上覆盖一层所述树状金层。
4.根据权利要求3所述的离子传感器的无掩模制备方法，其特征在于，所述在所述树枝状金层上制备PEDOT:PSS聚合物层的步骤包括：
采用超纯水对覆盖有树枝状金层的所述第一银电极层进行清洗，并干燥处理；
在所述树枝状金层上循环沉积PEDOT:PSS聚合物。
5.根据权利要求4所述的离子传感器的无掩模制备方法，其特征在于，所述在所述PEDOT:PSS聚合物层上制备第一离子选择膜层的步骤包括：
对沉积有PEDOT:PSS聚合物层的所述第一银电极层进行干燥处理；
在所述PEDOT:PSS聚合物层上滴加若干滴离子选择膜溶液；
对滴加离子选择膜溶液的所述第一银电极层进行干燥处理。
6.根据权利要求2所述的离子传感器的无掩模制备方法，其特征在于，所述将所述第二银电极层转换为银/氯化银电极层，并在所述银/氯化银层上制备PVB膜层的步骤包括：
在所述第二银电极层上滴加氯化铁溶液并完全覆盖所述第二银电极层；
覆盖预设时长后去除氯化铁溶液，以得到银/氯化银电极层；
在银/氯化银电极层上滴加若干滴PVB溶液；
进行干燥处理。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的离子传感器的无掩模制备方法制成的离子传感器，包括电路板以及设置在所述电路板上的工作电极与参比电极，其特征在于，所述工作电极包括：
第一衬底；
第一银电极层，设置在所述第一衬底上；
树枝状金层，设置在所述第一银电极层上；
PEDOT:PSS聚合物层，设置在所述树枝状金层上；
第一离子选择膜层，设置在所述树枝状金层上；
所述参比电极包括：
第二衬底；
银/氯化银电极层，所述银/氯化银电极层设置在所述第二衬底上；
PVB膜层，所述PVB膜层设置在所述银/氯化银电极层上。
8.根据权利要求7所述的离子传感器，其特征在于，所述第一离子选择膜层为钙离子选择膜层、钾离子选择膜层或钠离子选择膜层的一种。
9.根据权利要求7所述的离子传感器，其特征在于，所述树枝状金层的厚度为10-300纳米。
10.一种体液传感监测系统，其特征在于，包括：终端、信号处理传输电路以及如权利要求7-9任一项所述的离子传感器；其中，
所述离子传感器与所述信号处理传输电路连接，所述离子传感器用于将监测到的电信号发送给所述信号处理传输电路；
所述信号处理传输电路与所述终端连接，所述信号处理传输电路用于接收所述离子传感器发送的所述电信号并将所述电信号转换为汗液成分信息发送至所述终端；
所述终端用于接收所述信号处理传输电路发送的所述汗液成分信息并进行分析。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210929116.8A CN115343346B (zh) | 2022-08-03 | 2022-08-03 | 离子传感器及其无掩模制备方法及体液传感监测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210929116.8A CN115343346B (zh) | 2022-08-03 | 2022-08-03 | 离子传感器及其无掩模制备方法及体液传感监测系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115343346A true CN115343346A (zh) | 2022-11-15 |
| CN115343346B CN115343346B (zh) | 2024-09-03 |
Family
ID=83950845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210929116.8A Active CN115343346B (zh) | 2022-08-03 | 2022-08-03 | 离子传感器及其无掩模制备方法及体液传感监测系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115343346B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116211293A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-06-06 | 南方科技大学 | 汗液流速微流通道制备方法、柔性传感器及可穿戴设备 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102914582A (zh) * | 2012-10-11 | 2013-02-06 | 山东大学 | 一种镀有导电聚合物纳米薄膜的伏安传感器及制备方法 |
| CN110044984A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-07-23 | 华东师范大学 | 一种共面的柔性电化学传感器电极及阵列的制备技术 |
| KR20190099902A (ko) * | 2018-02-20 | 2019-08-28 | 고려대학교 산학협력단 | 부착형 신축성 땀센서 |
| CN110658243A (zh) * | 2019-09-10 | 2020-01-07 | 华东师范大学 | 一种柔性离子检测传感器及制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-08-03 CN CN202210929116.8A patent/CN115343346B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102914582A (zh) * | 2012-10-11 | 2013-02-06 | 山东大学 | 一种镀有导电聚合物纳米薄膜的伏安传感器及制备方法 |
| KR20190099902A (ko) * | 2018-02-20 | 2019-08-28 | 고려대학교 산학협력단 | 부착형 신축성 땀센서 |
| CN110044984A (zh) * | 2019-04-10 | 2019-07-23 | 华东师范大学 | 一种共面的柔性电化学传感器电极及阵列的制备技术 |
| CN110658243A (zh) * | 2019-09-10 | 2020-01-07 | 华东师范大学 | 一种柔性离子检测传感器及制备方法和应用 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116211293A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-06-06 | 南方科技大学 | 汗液流速微流通道制备方法、柔性传感器及可穿戴设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115343346B (zh) | 2024-09-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jeerapan et al. | Flexible and stretchable electrochemical sensing systems: materials, energy sources, and integrations | |
| US6787013B2 (en) | Biosensor | |
| KR101476487B1 (ko) | 플라즈마-증착된 미공성 층을 포함하는 유기 화학적 센서와, 제조 및 사용 방법 | |
| CN106725490B (zh) | 一种湿度传感器及应用该湿度传感器的呼吸检测系统 | |
| EP2650677B1 (en) | Electrochemical strip and manufacturing method thereof | |
| CN115343346B (zh) | 离子传感器及其无掩模制备方法及体液传感监测系统 | |
| CN106370324A (zh) | 基于共形石墨烯的电容式压力传感器及其制备方法 | |
| KR20150021769A (ko) | 수소이온농도 측정 센서 및 그 제조 방법 | |
| Rusinek et al. | All-diamond microfiber electrodes for neurochemical analysis | |
| CN107957440B (zh) | 平面型氨选择性感测电极及其制法 | |
| WO2013143357A1 (zh) | 自动编码装置和具有该装置的生物传感器和制造方法 | |
| Dai et al. | Flexible and printed microwave plasmonic sensor for noninvasive measurement | |
| US9116114B2 (en) | Electrochemical biosensor electrode strip and a fabrication method thereof comprising a titanium metal layer on a carbon layer as the electrode material | |
| WO2014024187A1 (en) | Placeable sensor and method of using same | |
| Yang et al. | Self‐Powered Biomimetic Pressure Sensor Based on Mn–Ag Electrochemical Reaction for Monitoring Rehabilitation Training of Athletes | |
| US7238267B2 (en) | Self-condensing pH sensor | |
| Neuman et al. | Fabricating biomedical sensors with thin-film technology | |
| Ruoqin et al. | Miura-ori Microstructure Enhanced Flexible Piezoresistive Pressure Sensor for Human Physiological Signal Monitoring | |
| TW201437636A (zh) | 生物液體的測試片製作方法及其結構 | |
| CN102192937A (zh) | 平面式生物检测试片的制备方法及其成品 | |
| CN220473434U (zh) | 一种薄膜型生物传感器及其组件 | |
| Hua et al. | Flexible Sweat monitoring based on all-solid-state metal-organic frameworks/graphene composite sensors | |
| KR101753133B1 (ko) | 평면식 생물학 테스트 스트립의 제조방법 및 그 완제품 | |
| US20240210350A1 (en) | Selective chemical sensor | |
| CN114993523B (zh) | 回字型凸起结构的变面积电容式压力传感器及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |