一種石墨烯生物傳感器電極的制備工藝制造技術

本發明專利技術涉及一種石墨烯生物傳感器電極的制備工藝，包括：A.在陶瓷材料制作的絕緣基體上制作第一導電孔和第一焊盤，第一導電孔上下貫穿絕緣基體，第一焊盤位于第一導電孔的底部；B.拋光第一導電孔的上部及周側，與基體表面相平，表面粗糙度不超過0.8μm；或通過控制工藝來實現導電孔和絕緣基體的平滑過渡；C.在第一導電孔的周側通過陶瓷漿料制作第一陶瓷圍欄；D.在第一導電孔上制備直立石墨烯，形成第一直立石墨烯電極；制備方法包括局部生長，或，整個表面生長后激光刻蝕掉不需要的部分；E.在第一陶瓷圍欄內，第一直立石墨烯電極的三維表面設置第一生物反應膜層。靈敏度高，能夠適應小型化的設計需求。

Preparation of graphene biosensor electrode

【技術實現步驟摘要】
一種石墨烯生物傳感器電極的制備工藝
本專利技術涉及生化參數采集
，具體涉及一種石墨烯生物傳感器電極的制備工藝。
技術介紹
傳統的生物傳感器電極都是基于PET基底，或者紙基類的一次性可拋棄式試紙條，通常采用絲網印刷的方式加工。這種試紙條有幾個缺點：①多數采用比色法，無法和電子系統直接對接，檢測結果沒有實現數據化，不能進行后續的統計分析，沒有產生更多價值；不具備數據聯網和大數據分析的可能性；②一次性使用，意味著沒有辦法做系統性的產品級測試和校準，所以試紙條的功能性能是好是壞，實際上并不能完全確定，只能統計概率，因為一旦測試就需要破壞試紙條；③基于PET和紙基的印刷工藝，個體間的一致性，批次之間的一致性很難保證，再加上試紙條的功能就是耗材，這也是不同醫院、不同設備、不同試紙條得出的結果很難一致的原因所在，如果加工工藝過程中出現了異常，檢測甚至會得出錯誤的結論，給用戶帶來困惑或恐慌，甚至可能帶來悲劇，導致嚴重的社會后果，也會加劇醫患糾紛；試紙條的本身性能是概率性的；④試紙條的生物傳感器由于自身材料和工藝特性的限制，如玻璃化溫度，熔點，基底和漿料的結合力都很差，導致了這種試紙條只能做插拔式的結構，沒法和微型電子系統組裝做出性能更優異，體驗更好的生物傳感器；也沒有辦法做更進一步的集成。由于上述工藝和材料特性限制，試紙條的生物傳感器沒有辦法做到很高的靈敏度；也沒有辦法做到小型化。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是：本專利技術提供一種石墨烯生物傳感器電極，靈敏度高、重復性好，能夠適應小型化的設計需求。一種石墨烯生物傳感器電極，包括絕緣基體、第一直立石墨烯電極、第一焊盤和第一導電孔，第一導電孔貫穿絕緣基體，第一直立石墨烯電極和第一焊盤分別位于絕緣基體的兩側，第一導電孔上下連通第一直立石墨烯電極和第一焊盤，絕緣基體為陶瓷基。優選的，第一直立石墨烯電極的周側設置有第一陶瓷圍欄；第一陶瓷圍欄的內側設置第一生物反應膜層；第一生物反應膜層位于第一直立石墨烯電極的周側及上部，或，第一生物反應膜層僅位于第一直立石墨烯電極的上部。優選的，第一生物反應膜層為功能材料、生物酶膜或離子膜等。優選的，第一直立石墨烯電極的三維表面修飾有金納米顆粒、鉑納米顆粒、鎳納米顆粒、銀納米顆粒、鈦納米顆粒、二茂鐵納米顆粒或普魯士藍納米顆粒；不同的直立石墨烯簇修飾同種材料或不同種材料的納米顆粒；修飾的方法包括物理氣象沉積PCD、化學氣象沉積CVD、PECVD或電鍍等。第一直立石墨烯電極的周側設置有J層第一陶瓷圍欄，J為大于等于0的整數。優選的，還包括第二直立石墨烯電極、貫穿絕緣基體的第二導電孔、第二焊盤和第三焊盤；第二焊盤和第三焊盤分別位于絕緣基體的兩側，第二導電孔上下連通第二焊盤和第三焊盤；第二直立石墨烯電極位于第二焊盤的上側，第一直立石墨烯電極和第二直立石墨烯電極位于絕緣基體的同一側。優選的，第二焊盤邊緣設置小于90°的過渡角，第二焊盤邊緣和絕緣基體形成平緩的過渡連接；或，第二焊盤嵌入絕緣基體1的上表面。優選的，第一導電孔、第二導電孔和導線為的導電材料為銅、金、銀、鉑或鎢等耐高溫材料中的一種或兩種以上混合制作；第一導電孔、第二導電孔和導線的制備工藝為電鍍、低溫燒結、高溫燒結或濺射等工藝；第一焊盤和第三焊盤與主機系統或轉接件形成電氣連接，連接方式包括物理接觸、釬焊、熱壓焊、粘接等工藝。優選的，第一焊盤和第二焊盤與絕緣基體構成可插拔的電氣連接結構。通過可插拔的設計，使得該石墨烯生物傳感器電極能夠設計出標準接口，與標準的測試電路連接，使用的時候不需要人為介入、不需要人為判斷；使用方便，能夠避免人為判斷產生的偏差。第一焊盤和第二焊盤延伸至絕緣基體的邊緣；或，第一焊盤和第二焊盤通過金屬導線延伸至絕緣基體的邊緣；或，第一焊盤和第二焊盤中的一個延伸至絕緣基體的邊緣，另一個位于絕緣基體的邊緣。優選的，在絕緣基體上，制備M個孔形成陣列，孔直徑0.05-0.2mm，孔間距0.3~3mm，各個孔內填充金屬形成第一導電孔，每個第一導電孔表面都制備出獨立的第一直立石墨烯電極；每個第一直立石墨烯電極修飾不同的反應膜層，分別制備成工作電極、對電極（或參比電極），多電極陣列可以用于實現多維度的生物信號檢測；未被填充的通孔可用于引流氣體；M為大于3的自然數，陣列為長方形陣列或圓陣列。優選的，第一導電孔沿軸線方向壁體分割為N個以上的不均分的相互絕緣的豎向局部孔壁；第一直立石墨烯電極包括N組直立石墨烯簇，每個豎向局部孔壁上部的直立石墨烯簇相互之間設置間隙；第一焊盤分為彼此絕緣的N個第一焊盤分部；各個直立石墨烯簇、豎向局部孔壁和第一焊盤分部依次連通；N大于等于2，N為自然數。優選的，直立石墨烯簇的上表面及周側修飾有納米金、納米鉑或納米鎳；第一直立石墨烯電極的周側設置有第一陶瓷圍欄；第一陶瓷圍欄的內側設置第一生物反應膜層；第一生物反應膜層位于直立石墨烯簇的周側及上部，或，第一生物反應膜層僅位于直立石墨烯簇的周側；各個不同的直立石墨烯簇相互具有不同的表面積。孔壁采用相割圓來表示。一種石墨烯生物傳感器電極的制備工藝，包括：A.在陶瓷材料制作的絕緣基體上制作第一導電孔和第一焊盤，第一導電孔上下貫穿絕緣基體，第一焊盤位于第一導電孔的底部；B.拋光第一導電孔的上部及周側，與基體表面相平，表面粗糙度不超過0.8μm；或通過控制工藝來實現導電孔和絕緣基體的平滑過渡；C.在第一導電孔的周側通過陶瓷漿料制作第一陶瓷圍欄；D.在第一導電孔上制備直立石墨烯，形成第一直立石墨烯電極；制備方法包括局部生長，或，整個表面生長后激光刻蝕掉不需要的部分；E.在第一陶瓷圍欄內，第一直立石墨烯電極的三維表面設置第一生物反應膜層。優選的，D之后E之前還包括：D1.在第一直立石墨烯電極的表面修飾金納米顆粒、鉑納米顆粒、鎳納米顆粒、銀納米顆粒、鈦納米顆粒、二茂鐵納米顆粒、普魯士藍納米顆粒等納米顆粒。優選的，A還包括：A1.在陶瓷材料制作的絕緣基體上制作第二導電孔、第二焊盤和第三焊盤，第二導電孔上下貫穿絕緣基體，第二焊盤和第三焊盤分別位于第二導電孔的上部和底部；C還包括：C1.在第二焊盤的周側通過陶瓷漿料制作第二陶瓷圍欄；D還包括：D2.在第二焊盤的上部及周側制備直立石墨烯，形成第二直立石墨烯電極；E還包括：E1.在第二陶瓷圍欄內，第二直立石墨烯電極的表面設置第二生物反應膜層。所述E之后，還包括：F.傳感器測試校準，及組裝應用。優選的，A還包括：A2.豎向切割第一導電孔，使得第一導電孔沿軸線方向壁體分割為N個以上的不均分的相互絕緣的豎向局部孔壁；分割第一直立石墨烯電極為N組直立石墨烯簇，每個豎向局部孔壁上部的直立石墨烯簇相互之間設本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種石墨烯生物傳感器電極的制備工藝，其特征在于，包括：/nA. 在陶瓷材料制作的絕緣基體（1）上制作第一導電孔（31）和第一焊盤（41），第一導電孔（31）上下貫穿所述絕緣基體（1），所述第一焊盤（41）位于所述第一導電孔（31）的底部；/nB.拋光所述第一導電孔（31）的上部及周側，與基體（1）表面相平，表面粗糙度不超過0.8μm；或通過控制工藝來實現導電孔（31）和絕緣基體（1）的平滑過渡；/nC. 在所述第一導電孔（31）的周側通過陶瓷漿料制作第一陶瓷圍欄（51）；/nD. 在所述第一導電孔（31）上制備直立石墨烯，形成第一直立石墨烯電極（21）；制備方法包括局部生長，或，整個表面生長后用激光刻蝕掉不需要的部分；/nE. 在所述第一陶瓷圍欄（51）內，所述第一直立石墨烯電極（21）的三維表面設置第一生物反應膜層（61）；/n所述第一導電孔（31）沿軸線方向壁體分割為N個以上的不均分的相互絕緣的豎向局部孔壁（311）；所述第一直立石墨烯電極（21）包括N組直立石墨烯簇（211），每個所述豎向局部孔壁（311）上部的直立石墨烯簇（211）相互之間設置間隙；所述第一焊盤（41）分為彼此絕緣的N個第一焊盤分部（411）；/n各個所述直立石墨烯簇（211）、豎向局部孔壁（311）和第一焊盤分部（411）依次連通；/nN大于等于2，N為自然數。/n...

【技術特征摘要】
1.一種石墨烯生物傳感器電極的制備工藝，其特征在于，包括：
A.在陶瓷材料制作的絕緣基體（1）上制作第一導電孔（31）和第一焊盤（41），第一導電孔（31）上下貫穿所述絕緣基體（1），所述第一焊盤（41）位于所述第一導電孔（31）的底部；
B.拋光所述第一導電孔（31）的上部及周側，與基體（1）表面相平，表面粗糙度不超過0.8μm；或通過控制工藝來實現導電孔（31）和絕緣基體（1）的平滑過渡；
C.在所述第一導電孔（31）的周側通過陶瓷漿料制作第一陶瓷圍欄（51）；
D.在所述第一導電孔（31）上制備直立石墨烯，形成第一直立石墨烯電極（21）；制備方法包括局部生長，或，整個表面生長后用激光刻蝕掉不需要的部分；
E.在所述第一陶瓷圍欄（51）內，所述第一直立石墨烯電極（21）的三維表面設置第一生物反應膜層（61）；
所述第一導電孔（31）沿軸線方向壁體分割為N個以上的不均分的相互絕緣的豎向局部孔壁（311）；所述第一直立石墨烯電極（21）包括N組直立石墨烯簇（211），每個所述豎向局部孔壁（311）上部的直立石墨烯簇（211）相互之間設置間隙；所述第一焊盤（41）分為彼此絕緣的N個第一焊盤分部（411）；
各個所述直立石墨烯簇（211）、豎向局部孔壁（311）和第一焊盤分部（411）依次連通；
N大于等于2，N為自然數。


2.如權利要求1所述石墨烯生物傳感器電極的制備工藝，其特征在于，所述D之后所述E之前還包括：
D1.在所述第一直立石墨烯電極（21）的表面修飾金納米顆粒、鉑納米顆粒、鎳納米顆粒、銀納米顆粒、鈦納米顆粒、二茂鐵納米顆粒或普魯士藍納米顆粒中的一種或兩種以上的組合。


3.如權利要求2所述石墨烯生物傳感器電極的制備工藝，其特征在于，所述A還包括：
A1.在陶瓷材料制作的絕緣基體（1）上制作第二導電孔（32）、第二焊盤（42）和第三焊盤（43），第二導電孔（32）上下貫穿所述絕緣基體（1），所述第二焊盤（42）和第三焊盤（...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李冠華，顏丹，董青龍，李強華，
申請(專利權)人：深圳市刷新智能電子有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44