钾离子敏微结构器件及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115856057A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211524557.6(22)申请日2022.11.30(71)申请人天津大学温州安全（应急）研究院地址325000浙江省温州市洞头区灵昆街道灵蓉路66号发展大楼6号楼申请人天津大学(72)发明人薛茜男段学欣(74)专利代理机构北京华夏正合知识产权代理事务所(普通合伙)11017专利代理师韩登营(51)Int.Cl.G01N27/416(2006.01)B81B1/00(2006.01)B81C1/00(2006.01)G01N27/30(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图3页(54)发明名称钾离子敏微结构器件及其制备方法和应用(57)摘要本发明涉及电化学技术领域，具体为一种钾离子敏微结构器件及其制备方法和应用。该钾离子敏传感器包括(a)微反应池和(b)钾离子敏感膜，模仿细胞膜转运钾离子的原理，利用含有缬氨霉素的两亲性化合物形成的双分子层液膜对钾离子进行捕获和运输，微反应池底部的图形化电极监测钾离子敏感膜的电信号并引出，从而对钾离子进行定量或定性检测。CN115856057ACN115856057A权利要求书1/1页1.一种钾离子敏传感器，其特征在于，所述钾离子敏传感器包括：(a)微反应池，所述微反应池的底部具有凹形沟道阵列，所述凹形沟道阵列表面铺设有图形化电极和电极引线；以及(b)钾离子敏感膜，所述钾离子敏感膜铺设于(a)微反应池底部，与凹形沟道形成微反应腔，所述微反应腔内填充有缓冲液；所述钾离子敏感膜为含有缬氨霉素的液膜，所述液膜由至少一种两亲性化合物形成，所述两亲性化合物形成其中掺入有缬氨霉素的双分子层。2.根据权利要求1所述的钾离子敏传感器，其特征在于，凹形沟道阵列中沟道的宽最大值不大于10μm，宽的范围为1‑10μm，沟道的间距范围为1μm‑5mm。3.根据权利要求1所述的钾离子敏传感器，其特征在于，所述两亲性化合物为脂质及其混合物，优选为磷脂和/或胆固醇。4.根据权利要求1所述的钾离子敏传感器，其特征在于，所述图形化电极的形状为方形、圆形、圆环、三角形、菱形、多边形及其组合；优选地，所述图形化电极和所述电极引线的厚度均独立地为1‑1000nm。5.根据权利要求1‑4任一项所述的钾离子敏传感器，其特征在于，所述微反应池由PDMS、PET、PMMA、玻璃、石英或硅片制作；优选地，所述微反应池的高度为1‑10mm。6.权利要求1‑5任一项所述的钾离子敏传感器的制备方法，其特征在于，在微反应池底部铺设钾离子敏感膜，得到所述钾离子敏传感器。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，微反应池底部的图形化电极和电极引线的铺设工艺为依次光刻、图形化掩膜蒸镀/溅射金属；或者微反应池底部的图形化电极和电极引线的铺设方法为图形化打印。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，铺设钾离子敏感膜的方法为将含有缬氨霉素和两亲性化合物的溶液在微反池底部制膜；优选为将含有缬氨霉素和两亲性化合物的溶液加入微反应池底部自组装成膜；或者先将含有两亲性化合物的溶液在微反应池底部制膜，再添加缬氨霉素，使缬氨霉素自主插入双分子层中；优选为将含有两亲性化合物的溶液加入微反应池底部自组装成膜，然后添加缬氨霉素，使缬氨霉素自主插入双分子层中。9.根据权利要求6‑8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：S1：在基板表面利用激光雕刻或倒模的方法构建凹形沟道阵列；S2：在S1中的凹形沟道阵列的表面上铺设图形化电极和电极引线；S3：在S2中的凹形沟道阵列的表面上利用3D打印或倒模的方法构建微反应池的侧壁，得到微反应池；其中，图形化电极位于微反应池的底部，电极引线用于电学信号输出；S4：在S3中的微反应池内铺设钾离子敏感膜。10.权利要求1‑5任一项所述的钾离子敏传感器在钾离子含量检测中的应用。2CN115856057A说明书1/8页钾离子敏微结构器件及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及电化学技术领域，具体为一种钾离子敏微结构器件及其制备方法和应用。背景技术[0002]钾离子广泛存在于人体、动物、植物和很多食品、饮品、药品中，并在其中发挥着重要的作用。例如，钾离子是人体内最重要的元素之一，对身体功能(如维持细胞外渗透压、酶的活化、胶原蛋白或弹性蛋白的形成、血压调节和pH平衡)至关重要；钾离子在中药注射液中广泛存在，《中药注射剂研制指导原则及有关规定汇编》对中药注射剂中钾离子进行了限量控制，规定钾离子应在1.0mg/mL以下，钾离子浓度过高时，中药注射剂的有效性及安全性会受到影响；钾离子是蔬菜作物生长发育所必需的三大营养元素，研究钾离子的合理施肥技术，有利于提高肥料利用率，降低生产成本，减少生