基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极及其制备工艺

摘要

本发明提供一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极及其制备工艺，所述维生素检测印刷电极从下往上分别包括基底层、对电极层、主电极层、绝缘层、修饰电极层、电极围堰层、表面包覆膜层；其中，所述维生素检测印刷电极两端分别设置检测区和接口区，所述对电极层的所述检测区两端横向设有两个银质对电极，所述主电极层的所述检测区横向设有一主电极，所述主电极位于所述两个银质对电极中间空闲位置处，所述修饰电极层由碳糊制成，覆盖于所述主电极之上，且面积大于所述主电极。该电极通过碳糊修饰工艺，在电极的绝缘层上添加一层修饰电极层，能够提高检测灵敏度，达到高灵敏度检测血液/血清样本中微量维生素物质的需求。

说明书

技术领域

本发明属于医疗检测领域，具体涉及一种用于维生素检测印刷电极的碳糊混合物及其应用、碳糊的双层结构、基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极及其应用与制备方法。

背景技术

维生素是生物的生长和代谢所必需的微量有机物，维生素缺乏可引起维生素缺乏症，对维生素的检查可以了解机体中维生素的种类和总量，从而达到疾病诊断和预防的作用。

在现有技术中，传统电化学检测印刷电极难以用于维生素检测，其原因在于维生素在血液或血清样本中浓度低，需要高灵敏度检测，特别是B族、D族维生素，维生素K等在人体内含量正常值在pmol～nmol水平；常用的高灵敏度检测过程中，碳糊电极因其无毒，电位窗口宽、制作简单备受电化学分析行业的青睐，而在其上发展的化学修饰碳糊电极(CMCPE)更是提高了碳糊电极的选择性和灵敏度,使分离、富集和选择性测定三者合而为一；CMCPE已经发挥越来越大的作用，尤其是在对维生素的检测需要高灵敏度时，人们可以根据需要，研制出各种高选择性、高灵敏度的修饰电极，测定在常规电极上无响应或是响应不理想的的维生素分子。

但在目前阶段，CMCPE的制备大多是手工研磨，技术尚不成熟，需在混匀方面寻找更好的方法和试剂，尽可能地使混合均匀，从而提高测定的重现性，新型修饰剂的开发仍是提高选择性和灵敏度的关键，且这类电极特别是聚合物修饰电极稳定性不高，还有待进一步提升，CMCPE应用前景广阔，无论是无机物、有机物，还是生物样品的测定，都发挥巨大的作用，因此，研究出灵敏度更高，更稳定的电极是维生素检测领域的发展方向。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种用于维生素检测印刷电极的碳糊混合物，能提高维生素检测印刷电极的检测灵敏度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种用于维生素检测印刷电极的碳糊混合物，包括碳浆与修饰剂，所述碳浆与所述修饰剂按1:4比例混合，所述修饰剂为氨基酸、环糊精、5-氟脲嘧啶、萘二胺、四羟基蒽醌的一种或多种，或所述修饰剂为由离子液体和有机溶剂的混合物，离子液体为六氟磷酸盐离子液体，有机溶剂包括DMSO(二甲基亚砜)、甲醇、乙腈、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)。

有鉴于此，本发明的目的之二在于提供一种目的之一所述的碳糊混合物作为维生素A类、维生素B类、维生素C类检测印刷电极灵敏度的提升材料的应用方式；在应用中，使用添加碳糊混合物的维生素检测电极能提高检测灵敏度。

有鉴于此，本发明的目的之三在于提供一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极，该电极通过在电极的绝缘层上添加一层碳糊修饰电极层，提高电极的检测灵敏度，使电极达到高灵敏度检测血液/血清样本中微量维生素物质的需求。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极，所述维生素检测印刷电极从下往上分别包括基底层、对电极层、主电极层、绝缘层、修饰电极层、电极围堰层、表面包覆膜层；其中，

所述维生素检测印刷电极竖向两端分别设置检测区和接口区，在所述检测区的所述对电极层的横向两端设有两个银质对电极，在所述检测区的所述主电极层的设有一主电极，所述主电极位于所述两个银质对电极中间空闲位置处，所述修饰电极层覆盖于所述主电极之上，且修饰电极层接触面积大于所述主电极的上表面积。

进一步地，所述基底层的材料包括PET、聚酰亚胺。

进一步地，所述接口区与所述检测区通过引线区连接，所述对电极层与所述主电极层的所述接口区均设有三个指状接口；其中，所述对电极层的接口区设置有3条银质接口，所述主电极层的所述接口区设置有3条碳质接口。

进一步地，所述银质对电极与所述主电极的外形包括直径为1～2mm圆形、面积为0.2mm×0.3mm～2mm×5mm的矩形；或面积为0.2mm×0.2mm～2mm×2mm的正方形。

进一步地，所述对电极层的所述引线区设有3条银质引线，所述3条银质引线与所述对电极层的3条银质接口分别相连，且两端2条银质引线还与所述两个银质对电极相连；

所述主电极层的所述引线区设有3条碳质引线，所述3条银质引线与所述主电极层的3条碳质接口分别相连，且中间条碳质引线还与所述主电极连接。

进一步地，所述绝缘层覆盖除主电极和2条银质对电极、以及所述接口区以外的区域；其中，所述绝缘层的材料包括：橡胶、塑料、玻璃、陶瓷、云母、石棉。

进一步地，所述电极围堰层在绝缘层表面形成一层台阶围堰结构并覆盖所述修饰电极层表面的检测区，所述表面包覆膜层完全覆盖与所述电极围堰层。

有鉴于此，本发明的目的之四在于提供一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极在检测维生素中的应用。该电极能提高维生素检测的灵敏度。

有鉴于此，本发明的目的之五在于提供一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极制备工艺，该工艺流程简便，成本较为低廉，工艺稳定性好，适用于大量制备基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极制备工艺，包括以下步骤：

(1)在基底的检测区两端制备两个银质对电极，并在引线区制备3条银质引线、在接口区制备3条银质接口，所述3条银质引线与所述3条银质接口一一连接；其中，所述检测区为所述维生素检测印刷电极的检测端，所述接口区为所述维生素检测印刷电极的接口端，所述引线区连接所述检测区与所述接口区，所述3条银质引线的两端2条与所述两个银质对电极相连；

(2)在所述检测区的所述两个银质对电极中间制备一主电极，并在所述3条银质引线和所述3条银质接口上方印刷制备3条碳质引线和3条碳质接口；

(3)在所述检测区除主电极和2条银质对电极、以及所述接口区处制备绝缘层；

(4)在所述主电极上印刷预先制备的碳糊，形成修饰电极层；

(5)在所述绝缘层和所述检测区上制备电极围堰层，并预先制备条状低粘附力材料，盖膜在所述电极围堰层上。

进一步地，所述步骤(1)中采用丝网印刷工艺将银浆制备于所述基底上制备得到所述银质对电极、所述银质引线、所述银质接口。

进一步地，所述3条碳质引线和3条碳质接口面积分别全覆盖所述3条银质引线和所述3条银质接口。

进一步地，所所述步骤(4)中的修饰电极层面积大于所述主电极的面积。

本发明提供一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极具有以下有益效果：本发明通过碳糊修饰工艺，在电极的绝缘层上添加一层修饰电极层，能够提高检测灵敏度，达到高灵敏度检测血液/血清样本中微量维生素物质的需求；同时，通过本申请上述方法制成的检测用电极也符合一次性检测印刷电极设计理念，无需检验人员进行繁琐预处理及检测操作，具有耗时短、操作便捷的优点，能够在不同层级医疗机构得到广泛应用，进行维生素快速高灵敏度检测的需求。与此同时，本发明也提供了一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极的制备工艺，具有制备方法简便，成本较为低廉，工艺稳定性好等优点，能保障医疗机构在保障工作效率基础上获得较好的成本控制，便于基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极在各级医疗机构的推广应用。

附图说明

为了更清楚地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一简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极的一实施例各层结构示意图；

图2为本发明一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极的一实施例侧面结构示意图；

图3为本发明一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极的一实施例俯面结构示意图；

图4是本发明一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极的一实施例中检测印刷电极的爆炸图；

图5为本发明一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极工艺的一实施例流程图；

图6为维生素A的线性回归曲线图；

图7为本发明一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极用于检测维生素A的结果图；

图8为维生素B的线性回归曲线图；

图9为本发明一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极用于检测维生素C的结果图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

所举实施例是为了更好地对本发明进行说明，但并不是本发明的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

参考图1、图2、图3、图4，分别为一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极各层结构示意图、侧视图、俯视图、爆炸图。具体地，一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极，从下往上分别包括基底层1、对电极层2、主电极层3、绝缘层4、修饰电极层5、电极围堰层6、表面包覆膜层7；本实施例中，将电极的前端设为检测区8，末端设为接口区11，中间区域设为引线区13用于连接检测区8和接口区11。

本实施例中，基底层1可采用PET、聚酰亚胺等材料制备成，其具体尺度可在一定范围内波动，宽度为5-8mm，长度为35-50mm，厚度为300-600μm。

进一步地，对电极层2的检测区8两端横向设有2个银质对电极，对电极层2的接口区11设有3个指状接口12，且引线区13设有3条银质引线；3条银质引线与对电极层的3条银质接口分别相连，且两端2条银质引线还与两个银质对电极相连；本实施例中的银质对电极结构可为圆形(直径φ：1～2mm)、矩形(0.2mm×0.3mm～2mm×5mm，其长宽可照检测需求以0.1mm为阶梯增长)、正方形(0.2mm×0.2mm～2mm×2mm，其边长可照检测需求以0.1mm为阶梯增长)等结构，其边长可照检测需求以0.1mm为阶梯增长)等结构，2个对电极的面积相等，结构一致，厚度为3～15μm；3条银质引线和3条银质接口宽度为0.3～1.2mm。

再进一步地，主电极层3的厚度为5～15μm，其检测区也横向设有一主电极9，该主电极9位于2个对电极10中间的空闲位置，主电极层3的引线区13设有3条碳质引线，且接口区11也设置3条碳质接口，3条碳质引线与主电极层的3条碳质接口分别相连，且中间条碳质引线还与主电极连接，优选地，主电极的碳表面层形状为可为圆形(直径φ：0.5～2mm)、矩形(0.2mm×0.3mm～2mm×5mm，其长宽可照检测需求以0.1mm为阶梯增长)、正方形(0.2mm×0.2mm～2mm×2mm，其边长可照检测需求以0.1mm为阶梯增长)等结构；3条碳质引线表面层宽度为0.5～1.5mm；3条碳质接口表面层为矩形结构(0.5mm×0.4mm～1.5mm×8mm，其长宽可照检测需求以0.1mm为阶梯增长)。

在本实施例中，主电极层3的3条碳质引线、3条碳质接口需要将对电极层2的3条银质引线、3条银质接口完全覆盖。

绝缘层4绝覆盖除主电极和2条银质对电极、以及接口区以外的其他区域；绝缘层的材质包括：丙烯酸树脂、氨基甲酸酯、聚胺脂树脂、有机硅树脂、聚硅氧烷树脂、环氧树脂、聚对苯二亚甲基树脂、多压二甲苯等中的一个或多个，绝缘层4的功能在于实现对主电极、对电极和引线等结构的电气绝缘，以避免在检测过程中形成干扰和误差，导致检测无法进行。

进一步地，修饰电极层5的制备材料为由碳浆与修饰剂按照比例混合形成碳糊，碳浆与修饰剂按1:4比例混合，本实施例中的修饰剂为氨基酸、环糊精、5-氟脲嘧啶、萘二胺、四羟基蒽醌的一种或多种，在另一实施例中也可以为由离子液体和有机溶剂的混合物，离子液体为六氟磷酸盐离子液体，有机溶剂为DMSO(二甲基亚砜)、甲醇、乙腈、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)的一种，该碳糊可作为维生素A类、维生素B类、维生素C类检测印刷电极灵敏度的提升材料的应用方式；在应用中，使用添加碳糊混合物的维生素检测电极能提高检测灵敏度；修饰电极层5面积需略大于主电极9的碳表面层，实现对主电极的全覆盖；这一修饰层结构能够实现目标维生素检测物(如维生素B2，B6，B9)的高灵敏度检测，提高维生素检测印刷电极的检测限。

电极围堰层6的材料为带背胶PET/PI等，预先采用机械加工或激光切割等工艺形成与指状接口12、主电极9、两个对电极10对应的空窗区。避免后续操作、运输、保存过程中，外力对碳糊结构的损伤，从而导致检测误差。该空窗区面积须大于对应的指状接口12、主电极9、两个对电极10，避免对电极工作面积带来影响，电极围堰层6能够在绝缘层4表面形成一层台阶围堰结构，有效保护主电极9、对电极10在后续切割、包装、运输、使用环节中，因操作带来的电极表面损伤，以保障检测的准确性。其宽度与基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极等宽，长度与10-12mm，以完全覆盖检测区8为宜。即除开露出的围堰区外，整个电极围堰层6的面积要大于检测区8，或者的电极围堰层的外框尺寸要大于检测区8。

进一步地，表面包覆膜层7与该基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极等宽(10-12mm)的条带状材料(以完全覆盖检测区为宜)，覆盖于电极围堰层6之上，形成密闭结构，避免主电极和对电极氧化，并能够进一步保护主电极、对电极在后续切割、包装、运输、使用环节中，因操作带来的电极表面损伤，更好保障检测的准确性，改善电极的存储环境，提高其有效期。

实施例2

参考图5，为本实施例中一种基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极制备工艺的流程图，具体包括以下步骤：

S100：在基底的检测区两端制备2个银质对电极，并在引线区制备3条银质引线、在接口区制备与3条银质引线一一连接的3条银质接口；然后执行步骤S200；

本步骤中，选用PET、聚酰亚胺等材料制备成的基底，其具体尺度可在一定范围内波动，宽度为5-8mm，长度为35-50mm，厚度为300-600μm；然后将基底的前端设为检测区，末端设为接口区，中间区域设为引线区用于连接检测区和接口区，采用丝网印刷工艺将银浆制备于基底上：在检测区两端横向设置2个银质对电极，接口区设有3个指状接口，且引线区设有3条银质引线；3条银质引线与对电极层的3条银质接口分别相连，2个银质对电极结构可为圆形(直径φ：1～2mm)、矩形(0.2mm×0.3mm～2mm×5mm，其长宽可照检测需求以0.1mm为阶梯增长)、正方形(0.2mm×0.2mm～2mm×2mm，其边长可照检测需求以0.1mm为阶梯增长)等结构，两对电极8面积相等，结构一致，厚度为3～15μm；3条银质引线和3条银质接口宽度为0.3～1.2mm；

S200：在检测区的2个银质对电极中间制备一主电极，并在3条银质引线和3条银质接口上方印刷制备3条碳质引线和3条碳质接口；然后执行步骤S300；

本实施例中，采用丝网印刷工艺将碳浆制备于基底、银质引线和银质接口上：在2个对电极中间的空闲位置制备一主电极，在3条银质引线、3条银质接口上面制备3条碳质引线、3条碳质接口，同样的，3条碳质引线与3条碳质接口分别相连，且中间条碳质引线还与主电极连接，优选地，主电极的碳表面层形状为可为圆形(直径φ：0.5～2mm)、矩形(0.2mm×0.3mm～2mm×5mm，其长宽可照检测需求以0.1mm为阶梯增长)、正方形(0.2mm×0.2mm～2mm×2mm，其边长可照检测需求以0.1mm为阶梯增长)等结构；3条碳质引线表面层宽度为0.5～1.5mm；3条碳质接口表面层为矩形结构(0.5mm×0.4mm～1.5mm×8mm，其长宽可照检测需求以0.1mm为阶梯增长)，需要注意，3条碳质引线、3条碳质接口需要将3条银质引线、3条银质接口完全覆盖。

S300：在检测区除主电极和2条银质对电极、以及接口区处制备绝缘层；然后执行步骤S400；

本实施例中，在采用丝网印刷工艺制备除主电极和2条银质对电极、以及接口区以外的其他区域；绝缘层4的材质包括：橡胶、塑料、玻璃、陶瓷、云母、石棉中的一个或多个；

S400：在主电极上印刷预先制备的碳糊，形成修饰电极层；然后执行步骤S500；

将碳浆与石墨粉、六氟磷酸盐离子液体等物质按照一定比例混合形成碳糊，通过丝网印刷工艺，制备于主电极的碳表面，形成修饰电极层5，其面积需略大于主电极的碳表面，实现对主电极的碳表面的全覆盖；

S500：在绝缘层和检测区上制备电极围堰层，并预先制备条状低粘附力材料，盖膜在电极围堰层上。

本实施例中，采用低粘附力硅胶等材质，预先采用机械加工或激光切割等工艺形成与指状接口12、主电极9、两个对电极10对应的空窗区。该空窗区面积须大于对应的指状接口12、主电极9、两个对电极10，避免对电极工作面积带来影响；电极围堰层6能够在绝缘层4表面形成一层台阶围堰结构，有效保护主电极9、对电极10在后续切割、包装、运输、使用环节中，因操作带来的电极表面损伤，以保障检测的准确性。其宽度与基于碳糊修饰工艺的维生素检测印刷电极等宽，长度与10-12mm，以完全覆盖检测区8为宜。

进一步地，采用低粘附力硅胶等材质，预先采用机械加工或激光切割等工艺形成与电极围堰层6等宽(10-12mm)条带状材料，盖膜在电极围堰层6上，与电极围堰层6一起实现对主电极9、对电极10的有效保护，避免修饰电极层5和银质对电极10损伤与氧化，并形成密闭结构，改善电极的存储环境，提高其有效期。

以维生素A的检测为例，配制不同浓度的纯品，将体积均为80μL，浓度分别为1μmol/L、2μmol/L、8μmol/L、32μmol/L、128μmol/L的维生素A样品加入到维生素A稀释液中，将电极插入到待测样品中，用差分脉冲法(DPV)检测各浓度维生素A，按相应的检测程序对同一点的浓度平行测试5次，记录每种维生素每次测试结果的电流值(IP)，以IP值的均值为横坐标(x)，以理论浓度(y)为纵坐标，进行线性回归，计算线性相关系数R2。

如图6所示，由图6可知，线性回归方程为y＝26.189x+0.3575，R2＝0.9997，(根据实际结果进行修改)该方法最低检测浓度(终浓度)为1μmol/L。

在测定血清中维生素A时，将制备好的电极插入到处理后的血清样品中，采用差分脉冲法(DPV)，对其进行检测，在每次检测前电极需压紧抛光，检测血清图形如图7所示，图7中反映了在血清样本中检测维生素A的相应电流值。该方法制备简单，检测限低，为检测相关样本中的维生素提供了新的方法。

以维生素C的检测为例，配制不同浓度的纯品，将体积均为80μL，浓度分别为25μmol/L、50μmol/L、100μmol/L、200μmol/L、400μmol/L的维生素C样品加入到维生素C稀释液中，将电极插入到待测样品中，用差分脉冲法(DPV)检测各浓度维生素C，按相应的检测程序对同一点的浓度平行测试5次，记录每种维生素每次测试结果的电流值(IP)，以IP值的均值为横坐标(x)，以理论浓度(y)为纵坐标，进行线性回归，计算线性相关系数R2。

如图8所示，由图8可知，线性回归方程为y＝83.784x-10.41，R2＝0.9988，(根据实际结果进行修改)该方法最低检测浓度(终浓度)为11μmol/L。

在测定血清中维生素C时，将制备好的电极插入到处理后的血清样品中，采用差分脉冲法(DPV)，对其进行检测，在每次检测前电极需压紧抛光，检测血清图形如图9所示，图9中反映了在血清样本中检测维生素A的相应电流值。该方法制备简单，检测限低，为检测相关样本中的维生素提供了新的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。