CN115575466A - 一种全固态离子选择性电极及其制备方法与在生化电解质检测中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全固态离子选择性电极及其制备方法与在生化电解质检测中的应用。电极正面设置有五个检测位点，包括一个参比位点、一个辅助位点、两个检测位点和一个校准位点；检测位点位置设置有相应微电极，微电极包括工作电极、外参比电极和辅助电极，工作电极包括基底电极(24)、内参比电极(23)、导电高分子凝胶(25)和离子选择性透过膜(26)；电极背面设置有五个电极接触位点；电极正面和背面设置有五个两面导通的导通位点，检测位点和电极接触位点通过金属线路连接到导通位点并逐一对应相连，实现了对生化电解质中的特定离子如钾离子产生特定性响应目的。

Description

一种全固态离子选择性电极及其制备方法与在生化电解质检 测中的应用

技术领域

本发明属于生物传感器领域，具体涉及一种全固态离子选择性电极及其制备方法与在生化电解质检测中的应用。

背景技术

钾是人体内不可或缺的7种常量元素之一。是人体肌肉组织和神经组织中的重要成分之一。其主要功能是维持细胞的渗透压并且维持机体的酸碱平衡，维持机体神经、肌肉的兴奋性。钾还是维持心肌功能正常的重要元素及体内重要的酶激活剂。人体内的钾98％以钾离子的形式存在于细胞液中，2％存在于细胞外。

人体血液中钾离子含量通常为3.5～5.5mmol/L，钾离子含量过高时，会对心肌有抑制作用，而钾离子含量过低则会造成心肌兴奋，导致心跳在舒张期或收缩期停止。血液生化电解质传感器要求对钾离子的测量范围为1.5～12mmol/L。

常见的临床分析化验通常采用大型仪器，样本经过采集、运输、标记、处理、录入、分发等过程，需要耗费大量的时间，对血液的需求量大，并且价格昂贵。因此，现代医学对快速的现场诊断提出了更高的要求。兙俥

电化学传感器，具有灵敏度高、选择性好、检测快速等优点，此方法去除了传统检测中一些冗余的步骚，只留下采样、分析、输出等重要步骤，极大降低了反应时间，在医疗急救、慢性病防治、家庭监测、突发事故等方面都有巨大的应用空间，可以实现对生化参数的即时检测。

针对一次性同时检测多个物质指标的生化检测耗材器件，目前已有相关技术，具体是将检测特定生化分子的微电极集成在整体检测器件上，并将其应用于多参数电化学检测。以上技术最大的限制是在同一器件上加工多个电极检测元件，加工步骤复杂，难度较高，且成本较大，同时检测多个指标也导致检测器件内部线路繁复，且同时检测存在不同检测点相互干扰问题，无法保证灵敏度和准确性。

有鉴于此，本发明旨在提供一种在多参数电化学检测基础上，降低电极成本与加工难度、并在保证多参数同时检测的同时提高灵敏度、准确性的电化学检测电极，并实现对生化电解质中多种指标的同时检测。

发明内容

本发明所要解决的问题是实现生化电解质中微量钾离子的选择性检测，提高检测的灵敏度和准确性。有鉴于此，本发明提供了一种全固态离子选择性电极及其制备方法与在生化电解质检测中的应用。

本发明的目的是提供一种全固态离子选择性电极，电极正面设置有五个检测位点，包括一个参比位点、一个辅助位点、两个检测位点和一个校准位点；检测位点位置设置有相应微电极，微电极包括工作电极、外参比电极和辅助电极，其中工作电极包括基底电极(24)、内参比电极(23)、导电高分子凝胶(25)和离子选择性透过膜(26)。

电极背面设置有五个电极接触位点；所述电极正面和背面设置有五个两面导通的导通位点，检测位点和电极接触位点通过金属线路连接到导通位点并逐一对应相连。

如附图1所示，为全固态离子选择性电极正面示意图，附图3为全固态离子选择性电极线路结构正面示意图。

电极正面设置有五颗微电极，包括作为参比电极的第一微电极(1)，作为辅助电极的第二微电极(2)，作为工作电极的第三微电极(3)、第四微电极(4)和第五微电极(5)，其中第五微电极(5)为校准电极；第一微电极(1)通过金属线路连接到第一导通点位(6)，第二微电极(2)通过金属线路连接到第二导通点位(7)，第三微电极(3)通过金属线路连接到第三导通点位(8)，第四微电极(4)通过金属线路连接到第四导通点位(9)，第五微电极(5)通过金属线路连接到第五导通点位(10)。

如附图2所示，为全固态离子选择性电极背面示意图，附图4为全固态离子选择性电极线路结构背面示意图。

电极背面设置有五个电极接触位点，包括第一电极接触位点(11)、第二电极接触位点(12)、第三电极接触位点(13)、第四电极接触位点(14)和第五电极接触位点(15)，第一电极接触位点(11)通过金属线路连接到第一导通点位(6)，第二电极接触位点(12)通过金属线路连接到第二导通点位(7)，第三电极接触位点(13)通过金属线路连接到第三导通点位(8)，第四电极接触位点(14)通过金属线路连接到第四导通点位(9)，第五电极接触位点(15)通过金属线路连接到第五导通点位(10)；第一微电极(1)与第一电极接触位点(11)通过第一导通点位(6)导通相连，第二微电极(2)与第二电极接触位点(12)通过第二导通点位(7)导通相连，第三微电极(3)与第三电极接触位点(13)通过第三导通点位(8)导通相连，第四微电极(4)与第四电极接触位点(14)通过第四导通点位(9)导通相连，第五微电极(5)与第五电极接触位点(15)通过第五导通点位(10)导通相连。

进一步，微电极表面修饰多层油墨，构成同心圆形状的油墨围坝同心圆直径为0.2～1.5mm，同心圆圆心距为20～150μm；油墨围坝采用PCB阻焊油墨加工，油墨围坝厚度为20～50μm。

如附图5所示，为全固态离子选择性电极中微电极剖面图，具体为第三微电极(3)的剖面图。从图中可看出，第三微电极(3)表面金属层修饰面积为圆形，在第三微电极(3)表面修饰第一层油墨(17)，主要覆盖选择性电极表面检测位点以外区域及电极边缘部分区域，没有被油墨覆盖的电极层与油墨围坝构成第一层电解池(20)；在第一层油墨(17)表面继续修饰第二层油墨(18)，其围坝在第一层电解池(20)基础上构成第二层电解池(21)；在第二层油墨(18)表面再修饰第三层油墨(19)，其围坝在第一层电解池(20)和第二层电解池(21)的基础上构成第三层电解池(22)，三层电解池呈现同心圆结构。

进一步，电极设置有定位孔(16)，定位孔(16)位于电极左上角和右上角。

进一步，工作电极的基底电极(24)包括金电极或铂电极；内参比电极(23)包括氯化银电极。

进一步，工作电极的导电高分子凝胶(25)由聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸作为导电聚合层，加入到PVA和植酸的凝胶溶液中，形成分子凝胶。

进一步，工作电极的离子选择性透过膜(26)由离子载体、亲脂性大分子、高分子聚合物、增塑剂、溶剂组成。

其中离子载体为可选择性地结合离子的有机亲脂性物质，包括18-冠醚-6、缬氨霉素、4-叔丁基-2，2，14,14-四同-2a，14a，二氧杯[4]芳基四醋酸四叔丁基酯、双(苯并-15-冠醚-4)-4’-基甲基庚二酸酯、2-十二烷基-2-甲基-1，3-丙二基-双-N-[5’-硝基(苯-15-冠醚-5)-4’基]氨基甲酸酯中的一种或几种的结合。

亲脂性大分子是解离在膜相中的亲脂性盐，包括四苯硼钠、四氯苯硼钾、四【3，5-二(三氟代甲基)苯基】硼酸钾中的一种或几种的结合。

高分子聚合物包括聚氯乙烯、聚氨酯、聚醋酸乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种的结合。

增塑剂包括邻硝基苯辛醚、邻苯二甲酸二正戊酯、邻苯二甲酸二辛酯、葵二酸二辛酯、葵二酸二丁酯中的一种或几种的结合。

溶剂包括四氢呋喃或环己酮。

如附图6所示，为本发明全固态离子选择性电极中工作电极的结构示意图。从图中可看出，工作电极最底层为基底电极(24)，具体为金电极，电极直径为0.8mm，其上覆盖了内参比电极(23)，具体为氯化银电极，电极直径为0.6mm。而后修饰导电高分子凝胶(25)，导电高分子凝胶(25)的直径为1.2mm，并在其表面覆盖了离子选择性透过膜(26)，离子选择性透过膜(26)的直径为1.5mm。

全固态离子选择性电极的外参比电极包括基底电极(28)、氯化银电极(27)和PVC保护膜(29)。

进一步，外参比电极的基底电极(28)包括金电极或铂电极。

进一步，外参比电极的氯化银电极(27)是采用10μL氯化银电子浆料，通过点样机点在基底电极表面。

进一步，外参比电极的PVC保护膜(29)由高分子聚合物、增塑剂和溶剂组成，具体将32.0～38.0％的高分子聚合物、62.0～68.0％的增塑剂混合溶解在300μL环己酮中，静置4小时，然后点涂2μL膜液在电极表面。

如附图7所示，为全固态离子选择性电极中外参比电极的结构示意图。从图中可看出，外参比电极中，基底电极(28)为纯金电极，金作为基底层，电极直径为0.8mm，在其表面覆盖氯化银电极(27)，电极直径为0.6mm，最外层修饰PVC保护膜(29)，PVC保护膜(29)的直径为1.7mm。

本发明的另一目的是提供一种全固态离子选择性电极的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、基底电极(24)的制备：采用电镀方法制备金或铂基底电极；

S2、内参比电极(23)的制备：将2～10μL氯化银电子浆料通过点样机点在内参比电极(23)区域内；

S3、导电高分子凝胶(25)的制备：采用聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸的1.3％水溶液作为电极固态接触材料，其中PEDOT比例为0.5％，PSS比例为0.8％，加入2～5％曲拉通震荡混合均匀，然后加入1～3％的PVA和1～3％的植酸凝胶溶液中，形成分子凝胶，最后通过点样机凝胶点涂在电极表面；

S4、离子选择性透过膜(26)的制备：将1.0～3.0％的离子载体、32.0～8.0％的高分子聚合物、58.0～66.0％的增塑剂以及0.3～1.5％的亲脂性大分子混合溶解在300μL环己酮中，静置4小时，制成离子选择性膜液，然后点涂1～2μL膜液在导电高分子凝胶表面，制得离子选择性电极；所述离子载体包括18-冠醚-6、缬氨霉素、4-叔丁基-2，2，14,14-四同-2a，14a，二氧杯[4]芳基四醋酸四叔丁基酯、双(苯并-15-冠醚-4)-4’-基甲基庚二酸酯、2-十二烷基-2-甲基-1，3-丙二基-双-N-[5’-硝基(苯-15-冠醚-5)-4’基]氨基甲酸酯中的一种或几种的结合。

本发明的另一目的是提供一种全固态离子选择性电极在生化电解质检测中的应用，具体可实现生化电解质中钾离子的精准检测。

如附图8所示，为实施例2制备的全固态离子选择性电极对钾离子响应的开路电位曲线。从图中可看出，针对0.5mM、4mM、8mM的钾离子响应曲线在1s内就可以达到稳定状态，并且在100s的测试时间范围内，响应曲线趋于稳定，表明本发明制备的全固态离子选择性电极针对钾离子具有良好的响应性能。

如附图9所示，为实施例3制备的全固态离子选择性电极对钾离子响应的开路电位曲线(a)和线性拟合图(b)。从图中可看出，电极随着钾离子浓度变化呈现规律性变化，开路电位与浓度呈很好的线性关系，其中R²＝0.997，表明本发明制备的全固态离子选择性电极可以实现对钾离子的精准响应。

如附图10所示，为本发明制备的全固态离子选择性电极对钾离子的再现性测试。电极测试的稳定性与重现性对于检测的精准度极为重要。为了考察所发明电极的重现性，在相同条件下制备了5个电极，分别测定4mmol/L的钾离子开路电位。从图中可看出，不同电极对相同浓度钾离子的响应信号十分接近。在再现性测试中，不同电极对钾离子测试电位的RSD为0.65％，表明本发明制备的全固态离子选择性电极具有良好的再现性。

如附图11所示，为本发明制备的全固态离子选择性电极的稳定性测试，具体为电极在室温下存储7天后对钾离子的响应电位变化情况。是否能够长期连续使用是判断一个电化学传感电极性能好坏的非常重要的指标，从图中可看出，同一电极在一周内对含有4mM钾离子测试的响应电位变化情况。每次测试完毕后，对电极进行清洗吹干后置于室温下保存。由图可知，在七天的连续监测中，开路电位没有发生明显波动。通过计算得出，七天后电极对于钾离子响应信号相比第一天下降了1.16％。该结果说明本发明的全固体离子选择性电极具有良好的稳定性。

本发明以金或铂为基底，将内参比电极、导电高分子凝胶以及离子敏感膜相复合，制备离子选择性电极，并与外参比电极结合，对生化电解质中的特定离子如钾离子产生特定性响应，可通过改变离子敏感膜的离子载体实现同时检测不同种类的特定离子，或同时获得特定离子的多种检测结果，大幅提升了电极的准确性与灵敏度。

本发明的有益效果是：

(1)本发明在电极上设置多个检测点位，并修饰有微电极，并通过金属线路和导通点位与电极接触位点相连，大幅节省了电极面积，实现了微电极集成化目的，简化了微电极与电极接触位点的连接线路结构设计，降低了加工难度与成本。

(2)本发明将三电极体系设置为五个或以上的微电极集成，并在多个工作电极中设置校准电极，实现了微电极集成电极自校准功能的实现，同时作为校准电极的工作电极也可用于某种目标物的单独检测，在一次性同时检测多个指标的基础上，大幅增加了电极稳定性与灵敏度。

(3)本发明在微电极表面构筑多层次油墨围坝，构成特定结构的同心圆形电解池，避免了检测过程中不同检测位点相互干扰，保证了电极灵敏的准确性。

(4)本发明采用半导体技术在微电极表面修饰纯金属反应层尤其是纯厚金层，保证了微电极检测的灵敏度和准确性，且可通过在微电极表面修饰特定反应层与施加特定电位，令特定工作电极检测特定生化物质，以此实现依照特定的检测需求针对性选择不同模组配置的微电极集成传感电极进行检测。

(5)本发明在微电极表面设置多层结构，制得了全固态离子选择性电极，可根据特定检测离子选择微电极表面修饰层，提高了传感器检测的准确性与稳定性，实现了对离子的快速检测，为多参数便携式集成传感器的设计与应用提供了新思路。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它附图。

图1是全固态离子选择性电极正面示意图；

图2是全固态离子选择性电极背面示意图；

图3是全固态离子选择性电极线路结构正面示意图；

图4是全固态离子选择性电极线路结构背面示意图；

图5是全固态离子选择性电极中微电极剖面图；

图6是全固态离子选择性电极中工作电极的结构示意图；

图7是全固态离子选择性电极中外参比电极的结构示意图；

图8是实施例2制备的全固态离子选择性电极对钾离子响应的开路电位曲线；

图9是实施例3制备的全固态离子选择性电极对钾离子响应的开路电位曲线(a)和线性拟合图(b)；

图10是本发明制备的全固态离子选择性电极对钾离子的再现性测试。

图11是本发明制备的全固态离子选择性电极的稳定性测试。

图例说明：

1、第一微电极；2、第二微电极；3、第三微电极；4、第四微电极；5、第五微电极；6、第一导通点位；7、第二导通点位；8、第三导通点位；9、第四导通点位；10、第五导通点位；11、第一电极接触位点；12、第二电极接触位点；13、第三电极接触位点；14、第四电极接触位点；15、第五电极接触位点；16、定位孔；17、第一层油墨；18、第二层油墨；19、第三层油墨；20、第一层电解池；21、第二层电解池；22、第三层电解池；23、内参比电极；24、基底电极；25、导电高分子凝胶；26、离子选择性透过膜；27、氯化银电极；28、基底电极；29、PVC保护膜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，结合以下具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

实施例1

一种全固态离子选择性电极，如附图1所示，电极正面设置有五个检测点位，分别设置有五颗圆形微电极，包括作为外参比电极的第一微电极1，作为辅助电极的第二微电极2，作为工作电极的第三微电极3、第四微电极4和第五微电极5，其中第五微电极5为校准电极。

如附图3所示，第一微电极1通过金属线路连接到第一导通点位6，第二微电极2通过金属线路连接到第二导通点位7，第三微电极3通过金属线路连接到第三导通点位8，第四微电极4通过金属线路连接到第四导通点位9，第五微电极5通过金属线路连接到第五导通点位10。

如附图2和附图4所示，电极背面设置有五个矩形电极接触位点，包括第一电极接触位点11、第二电极接触位点12、第三电极接触位点13、第四电极接触位点14和第五电极接触位点15，第一电极接触位点11通过金属线路连接到第一导通点位6，第二电极接触位点12通过金属线路连接到第二导通点位7，第三电极接触位点13通过金属线路连接到第三导通点位8，第四电极接触位点14通过金属线路连接到第四导通点位9，第五电极接触位点15通过金属线路连接到第五导通点位10。

第一微电极1与第一电极接触位点11通过第一导通点位6导通相连，第二微电极2与第二电极接触位点12通过第二导通点位7导通相连，第三微电极3与第三电极接触位点13通过第三导通点位8导通相连，第四微电极4与第四电极接触位点14通过第四导通点位9导通相连，第五微电极5与第五电极接触位点15通过第五导通点位10导通相连。

如附图7所示，第一微电极1为外参比电极，基底电极(28)为纯金电极，金作为基底层，电极直径为0.8mm，在其表面覆盖氯化银电极(27)，电极直径为0.6mm，最外层修饰PVC保护膜(29)，PVC保护膜(29)的直径为1.7mm。

第二微电极2为辅助电极，采用铂电极。

第三微电极3和第四微电极4为工作电极，如附图6所示，工作电极包括基底电极(24)、内参比电极(23)、导电高分子凝胶(25)和离子选择性透过膜(26)。基底电极(24)具体为金电极，电极直径为0.8mm，其上覆盖内参比电极(23)，具体为氯化银电极，电极直径为0.6mm，而后修饰导电高分子凝胶(25)，导电高分子凝胶(25)的直径为1.2mm，并在其表面覆盖了离子选择性透过膜(26)，离子选择性透过膜(26)的直径为1.5mm。

全固态离子选择性电极正面设置的五颗微电极表面设置有多层电解池，如附图5所示，微电极金属修饰层的直径为1.20mm，在电极表面修饰第一层油墨17，主要覆盖电极表面未被电极修饰区域及电极边缘部分区域，没有被油墨覆盖的电极层与油墨围坝构成第一层电解池20，其直径为0.90mm；在第一层油墨17表面继续修饰第二层油墨18，其围坝在第一层电解池20基础上构成第二层电解池21，其直径为1.10mm；在第二层油墨18表面再修饰第三层油墨19，其围坝在第一层电解池20和第二层电解池21的基础上构成第三层电解池22，其直径为1.30mm，三层电解池呈现同心圆结构。可根据实际检测需求增减电解池层数。

电极设置有定位孔16，具体位于电极左上角和右上角。

实施例2

全固态离子选择性电极的制备：

S1、内参比电极23的制备：将10μL氯化银电子浆料，通过点样机点在基底金的表面。

S2、导电高分子凝胶25的制备：取2mL的PEDOT/PSS水溶液，加入2％曲拉通(TritonX-100)震荡混合均匀，然后加入1.5％PVA和1.5％植酸的凝胶溶液中，形成分子凝胶，最后通过点样机，凝胶点涂在电极表面。

S3、离子选择性透过膜26的制备：将1.0％的缬氨霉素、32.0％的聚氯乙烯、62.0％的邻硝基苯辛醚以及0.3％四苯硼钠，混合溶解在300μL环己酮中，静置4小时，制成钾离子选择性膜液，然后点涂2μL膜液在导电高分子凝胶表面。

S4、外参比电极的制备：采用10μL氯化银电子浆料，通过点样机点在金基底表面。此外，将32.0％的聚氯乙烯、62.0％的邻硝基苯辛醚混合溶解在300μL环己酮中，静置4小时，然后点涂2μL膜液在电极表面，获得PVC保护膜29。

实施例3

全固态离子选择性电极的制备：

S1、内参比电极23的制备：将5μL氯化银电子浆料，通过点样机点在基底金的表面。

S2、导电高分子凝胶25的制备：取1mL的PEDOT/PSS水溶液，加入5％曲拉通(TritonX-100)震荡混合均匀，然后加入2％PVA和2％植酸的凝胶溶液中，形成分子凝胶，最后通过点样机，凝胶点涂在电极表面。

S3、离子选择性透过膜26的制备：将1.0％的18-冠醚-6、37.0％的聚氯乙烯、60.0％的邻苯二甲酸二辛酯以及1.5％的四氯苯硼钾，混合溶解在300μL环己酮中，静置4小时，制成钾离子选择性膜液。然后点涂2μL膜液在导电高分子凝胶表面。

S4、外参比电极的制备：采用5μL氯化银电子浆料，通过点样机点在金基底表面。此外，37.0％的聚氯乙烯、60.0％的邻苯二甲酸二辛酯，混合溶解在300μL环己酮中，静置4小时，然后点涂2μL膜液在电极表面，获得PVC保护膜29。

实施例4

全固态离子选择性电极的制备：

S1、内参比电极23的制备：将8μL氯化银电子浆料，通过点样机点在基底金的表面。

S2、导电高分子凝胶25的制备：取1mL的PEDOT/PSS水溶液，加入3％曲拉通(TritonX-100)震荡混合均匀，然后加入3％PVA和3％植酸的凝胶溶液中，形成分子凝胶，最后通过点样机，凝胶点涂在电极表面。

S3、离子选择性透过膜26的制备：将3.0％的缬氨霉素、35.0％的聚氯乙烯、60.0％的邻苯二甲酸二辛酯以及1.0％的亲脂性大分子混合溶解在300μL环己酮中，静置4小时，制成钾离子选择性膜液，然后点涂2μL膜液在导电高分子凝胶表面。

S4、外参比电极的制备：采用8μL氯化银电子浆料，通过点样机点在金基底表面。此外，将35.0％的聚氯乙烯、60.0％的邻苯二甲酸二辛酯，混合溶解在300μL环己酮中，静置4小时，然后点涂2μL膜液在电极表面，获得PVC保护膜29。

实施例5

全固态离子选择性电极的制备：

S1、内参比电极23的制备：将10μL氯化银电子浆料，通过点样机点在基底金的表面。

S2、导电高分子凝胶25的制备：取1mL的PEDOT/PSS水溶液，加入4％曲拉通(TritonX-100)震荡混合均匀，然后加入2％PVA和2％植酸的凝胶溶液中，形成分子凝胶，最后通过点样机，凝胶点涂在电极表面。

S3、离子选择性透过膜26的制备：将2.0％的18-冠醚-6、32.0％的聚醋酸乙烯、65.0％的邻苯二甲酸二辛酯以及0.8％的四苯硼钠，混合溶解在300μL环己酮中，静置4小时，制成钾离子选择性膜液，然后点涂2μL膜液在导电高分子凝胶表面。

S4、外参比电极的制备：采用8μL氯化银电子浆料，通过点样机点在金基底表面。此外，将32.0％的聚醋酸乙烯、65.0％的邻苯二甲酸二辛酯，混合溶解在300μL环己酮中，静置4小时，然后点涂2μL膜液在电极表面，获得PVC保护膜29。

实施例6

全固态离子选择性电极在生化电解质检测中的应用：

采取实施例2制备的全固态离子选择性电极对钾离子的响应性能进行测试。

将电极置入缓冲液，滴加不同浓度的钾离子溶液，钾离子浓度分别为0.5mM、4mM、8mM。将电极浸泡在不同钾离子浓度的缓冲溶液中测试开路电位-时间曲线，得到图8。从图中可看出，响应曲线在1s内就可以达到稳定状态，并且在100s的测试时间范围内，响应曲线趋于稳定，微小的波动可能是外部环境干扰。表明本发明的制备的传感电极可以实现对钾离子的精准响应。表明本发明制备的电极对钾离子具有优异的响应性能。

在工作电极使用过程中，由于频繁的施加电压，或者表面受到污染等情况，而导致电极性能发生变化，使测试结构产生偏差。因此，需要定期对工作电极进行校准，保证芯片的准确性。

将第五微电极5用作校准电极，对两颗工作电极——第三微电极3和第四微电极4进行校准。

在电极使用前，首先进行标定，获得电极电流大小与分析物浓度之间的关系，并进行记录保存。每隔一段时间，对工作电极进行交流阻抗(EIS)测试，并利用该EIS信息，采用校准电极，依据传感器校准模型，修正目前工作电极的测试曲线，以保证测试的准确性。

实施例7

全固态离子选择性电极在生化电解质检测中的应用：

采取实施例3制备的全固态离子选择性电极对钾离子的响应性能进行测试。

将电极置入缓冲液，滴加不同浓度的钾离子溶液，钾离子浓度分别为2mM、3mM、4mM、5mM。将电极浸泡在不同钾离子浓度的缓冲溶液中测试开路电位-时间曲线，并对其测试曲线进行线性拟合，得到图9，从其拟合曲线可以看出，开路电位与浓度呈很好的线性关系，表明本发明制备的全固态离子选择性电极在特定电位下对钾离子具有优异的响应性能。

实施例8

全固态离子选择性电极在生化电解质检测中的应用：

采取实施例3制备的全固态离子选择性电极测试其准确性。

采用5片相同条件下制备的全固态离子选择性电极分别测定4mmol/L的钾离子开路电位。如图10所示。从图中可看出，不同电极对相同浓度钾离子的响应信号十分接近。在再现性测试中，不同电极对钾离子测试电位的RSD为0.65％。表明本发明制备的电极具有良好的再现性，可以实现对钾离子的精准检测。

实施例9

全固态离子选择性电极在生化电解质检测中的应用：

采取实施例4制备的全固态离子选择性电极测试其稳定性。

将电极在室温下存储7天后，测试其对钾离子的响应电位变化情况，得到附图11，显示了同一电极在一周内对含有4mM钾离子测试的响应电位变化情况。每次测试完毕后，对该电极进行清洗吹干后置于室温下保存。从图中可看出，在七天的连续监测中，电极开路电位没有发生明显波动。通过计算得出，七天后电极对于钾离子响应信号相比第一天下降了1.16％。表明本发明制备的电极具有良好的稳定性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经过适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。本发明中所未详细描述的技术细节，均可通过本领域中的任一现有技术实现。特别的，本发明中所有未详细描述的技术特点均可通过任一现有技术实现。

Claims (17)

1.一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述电极正面设置有五个检测位点，包括一个参比位点、一个辅助位点、两个检测位点和一个校准位点；所述检测位点位置设置有相应微电极，所述微电极包括工作电极、外参比电极和辅助电极，所述工作电极包括基底电极(24)、内参比电极(23)、导电高分子凝胶(25)和离子选择性透过膜(26)；所述电极背面设置有五个电极接触位点；所述电极正面和背面设置有五个两面导通的导通位点，所述检测位点和所述电极接触位点通过金属线路连接到所述导通位点并逐一对应相连。

2.根据权利要求1所述的一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述微电极表面修饰多层油墨，构成同心圆形状的油墨围坝，所述同心圆直径为0.2～1.5mm，所述同心圆圆心距为20～150μm；所述油墨围坝采用PCB阻焊油墨加工，所述油墨围坝厚度为20～50μm。

3.根据权利要求1所述的一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述电极设置有定位孔(16)，所述定位孔(16)位于所述电极左上角和右上角。

4.根据权利要求1所述的一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述基底电极(24)包括金电极或铂电极；所述内参比电极(23)包括氯化银电极。

5.根据权利要求1所述的一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述导电高分子凝胶(25)由聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸作为导电聚合层，加入到PVA和植酸的凝胶溶液中，形成分子凝胶。

6.根据权利要求1所述的一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述离子选择性透过膜(26)包括离子载体、亲脂性大分子、高分子聚合物、增塑剂、溶剂。

7.根据权利要求6所述的一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述离子载体为可选择性地结合离子的有机亲脂性物质，包括18-冠醚-6、缬氨霉素、4-叔丁基-2，2，14，14-四同-2a，14a，二氧杯[4]芳基四醋酸四叔丁基酯、双(苯并-15-冠醚-4)-4’-基甲基庚二酸酯、2-十二烷基-2-甲基-1，3-丙二基-双-N-[5’-硝基(苯-15-冠醚-5)-4’基]氨基甲酸酯中的一种或几种的结合。

8.根据权利要求6所述的一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述亲脂性大分子是解离在膜相中的亲脂性盐，包括四苯硼钠、四氯苯硼钾、四【3，5-二(三氟代甲基)苯基】硼酸钾中的一种或几种的结合。

9.根据权利要求6所述的一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述高分子聚合物包括聚氯乙烯、聚氨酯、聚醋酸乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种的结合。

10.根据权利要求6所述的一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述增塑剂包括邻硝基苯辛醚、邻苯二甲酸二正戊酯、邻苯二甲酸二辛酯、葵二酸二辛酯、葵二酸二丁酯中的一种或几种的结合。

11.根据权利要求6所述的一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述溶剂包括四氢呋喃或环己酮。

12.根据权利要求1所述的一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述外参比电极包括基底电极(28)、氯化银电极(27)和PVC保护膜(29)。

13.根据权利要求12所述的一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述基底电极(28)包括金电极或铂电极。

14.根据权利要求12所述的一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述氯化银电极(27)是采用10μL氯化银电子浆料，通过点样机点在基底电极表面。

15.根据权利要求12所述的一种全固态离子选择性电极，其特征在于，所述PVC保护膜(29)包括高分子聚合物、增塑剂和溶剂，具体将32.0～38.0％的高分子聚合物、62.0～68.0％的增塑剂混合溶解在300μL环己酮中，静置4小时，然后点涂2μL膜液在电极表面。

16.一种如权利要求1所述的全固态离子选择性电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

B1、所述基底电极(24)的制备：采用电镀方法制备金或铂基底电极；

s2、所述内参比电极(23)的制备：将2～10μL氯化银电子浆料通过点样机点在所述内参比电极(23)区域内；

S3、所述导电高分子凝胶(25)的制备：采用聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸的1.3％水溶液作为电极固态接触材料，其中PEDOT比例为0.5％，PSS比例为0.8％，加入2～5％曲拉通震荡混合均匀，然后加入1～3％的PVA和1～3％的植酸凝胶溶液中，形成分子凝胶，最后通过点样机凝胶点涂在电极表面；

S4、所述离子选择性透过膜(26)的制备：将1.0～3.0％的离子载体、32.0～8.0％的高分子聚合物、58.0～66.0％的增塑剂以及0.3～1.5％的亲脂性大分子混合溶解在300μL环己酮中，静置4小时，制成离子选择性膜液，然后点涂1～2μL膜液在导电高分子凝胶表面，制得离子选择性电极；所述离子载体包括18-冠醚-6、缬氨霉素、4-叔丁基-2，2，14，14-四同-2a，14a，二氧杯[4]芳基四醋酸四叔丁基酯、双(苯并-15-冠醚-4)-4’-基甲基庚二酸酯、2-十二烷基-2-甲基-1，3-丙二基-双-N-[5’-硝基(苯-15-冠醚-5)-4’基]氨基甲酸酯中的一种或几种的结合。

17.一种如权利要求1-15任一项所述的全固态离子选择性电极在生化电解质检测中的应用，其特征在于，所述电极可实现生化电解质中钾离子的精准检测。

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