一種可限刺入深度的鎢合金微針電極、其製備方法和血糖監測裝置與流程
2023-05-17 07:29:21 1
本發明涉及生化分析技術領域，具體涉及一種可限刺入深度的鎢合金微針電極、其製備方法和血糖監測裝置。
背景技術：
微針（Micro needles）一般指通過微細加工工藝製作的，尺寸在微米級，直徑在30～80Lm，長度100Lm以上呈針狀的結構，材料可以為矽、聚合物、金屬等。微針在生物醫學領域有廣泛的應用，例如用於生物醫學測量系統，藥物傳輸系統及微量採樣分析系統等。微針不但體積微小，而且在性能上具有常規方法所不可比擬的特性——精確，無痛，高效，便利。這極大促進了生物醫學的發展，使該領域的儀器更具人性化。微針可以輕易穿透人體皮膚角質層，進入表皮層而不影響真皮層的神經組織，所以可以實現無痛給藥、無痛檢測。相比於聚合物的微針，金屬微針具有優良的力學性能，有足夠的硬度能輕易刺入皮膚而不彎折，相比於矽材料微針，金屬微針表現更好的韌性，不容易脆斷，而且金屬微針生產成本較低。金屬微針有良好的導電性，金屬微針作為電極，人體表皮層組織液作為電解液，形成閉合迴路，可用於人體皮膚電信號的提取，或是表面修飾的金屬微針可電催化葡萄糖，用於檢測人體葡萄糖含量。但現有的微針其針體過於細長，容易刺入皮膚過深而造成創口過敏、感染並帶來疼痛感。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明提供一種可避免刺入皮膚過深的微針電極。
本發明的目的通過以下技術實現：一種可限刺入深度的微針電極，包括微針本體，所述微針本體包括設置在其前端的針尖區，還包括設置在針尖區後端的半徑大於針尖區的凸臺區。
本發明中，針尖區用於刺入皮膚，與血液等體驗進行反應，獲得相應的電信號。而半徑大於針尖的凸臺區則可以增加微針本體進入皮膚的阻力，使微針無法進一步刺入皮膚。通過凸臺區的設置，本發明可以有效控制微針電極刺入皮膚的深度，避免微針電極刺入皮膚過深而帶來感染、過敏等問題，提高檢測設備的安全性和舒適性。
進一步的，凸臺區與針尖區之間還設有過渡區；所述過渡區的半徑沿針尖區一端向凸臺區一端逐漸增加。
過渡區的設置可以降低針尖區進入皮膚的阻力，並可確保針尖區進入皮膚的角度。除此以外，過渡區還可避免針尖區與凸臺區的連接處成為贏利點，提高針尖區的強度，防止針尖區斷裂、損壞。
進一步的，所述微針本體由鉑、銀、金、銅、鎢、銥、錫中的至少一種材料構成。
優選的，所述微針本體由鎢銅合金構成或銀銥合金或銀錫合金構成。
更進一步的，所述針尖區和過渡區表面覆蓋有敏感層。
敏感層和微針本體的材料可以根據檢測的類型和性質進行設定。
優選的，所述針尖區和過渡區表面覆蓋有敏感層；所述敏感層為對葡萄糖敏感的電極活性材料。
所述對葡萄糖敏感的電極活性材料可以選用任意一種現有技術實現。
本發明還提供一種製備微針電極的方法，包括如下工序：
S1.提供一微針本體材料作為陽極，提供一陰極；
S2.提供一pH為8-10的蝕刻液，並向蝕刻液中添加表面活性劑；
S3.將陽極和陰極浸沒於蝕刻液中，對陽極施加第一電流，進行第一次蝕刻，獲得針尖區；
S4.對陽極施加第二電流，進行第二次蝕刻，獲得過渡區和凸臺區；
所述第二電流小於第一電流。
將陽極和陰極浸沒在蝕刻液中，對陽極通入電流，便可在陽極上蝕刻出微針。本發明特別在蝕刻液中添加表面活性劑，在電流較高的條件下，陽極蝕刻速度較快，可以蝕刻出微針本體前端較細長的針尖區；隨後的第二次蝕刻電流減弱，表面活性劑對時刻速度的促進效果下降，時刻速度下降，形成了較粗的凸臺區和過渡區。
進一步的，所述微針本體材料為鎢銅合金；所述陰極為鉑電極。
更進一步的，所述蝕刻液中包括0.2-0.8M濃度的氫氧化鉀或氫氧化鈉；所述蝕刻液中還包括2g/L-20g/L的陰離子型表面活性劑；所述第一電流的強度為0.3-0.6A；所述第二電流的強度為0.1-0.3A；所述第一次蝕刻的時間為30-60S；所述第二次蝕刻的時間為20-40S。
本發明對蝕刻的條件以及蝕刻液的成分進行優化，以縮短蝕刻的時間，並確保過渡區可以平滑地連接針尖區和凸臺區。
本發明還提供一種包含有所述的微針電極的血糖檢測裝置。
附圖說明
圖1是本發明微針電極的電鏡圖。
圖2是對比例微針電極的電鏡圖。
圖3是本發明另一實施例的微針電極的電鏡圖。
圖4是本發明另一實施例的微針電極的電鏡圖；
圖5是本發明微針電極的結構示意圖。
具體實施方式
為了便於本領域技術人員理解，下面將結合附圖以及實施例對本發明作進一步詳細描述：
實施例1
本實施例提供一種可限刺入深度的微針電極，如圖1和圖5，包括微針本體，所述微針本體包括設置在其前端的針尖區1，還包括設置在針尖區後端的半徑大於針尖區的凸臺區2。
進一步的，凸臺區與針尖區之間還設有過渡區3；所述過渡區的半徑沿針尖區一端向凸臺區一端逐漸增加。
進一步的，所述微針本體由鎢銅合金構成。
進一步的，所述針尖區和過渡區表面覆蓋有敏感層；所述敏感層為對葡萄糖敏感的電極活性材料。
實施例2
本實施例提供一種可限刺入深度的微針電極，包括微針本體，所述微針本體包括設置在其前端的針尖區，還包括設置在針尖區後端的半徑大於針尖區的凸臺區。
進一步的，凸臺區與針尖區之間還設有過渡區；所述過渡區的半徑沿針尖區一端向凸臺區一端逐漸增加。
進一步的，所述微針本體由銅材料構成。
進一步的，所述針尖區和過渡區表面覆蓋有敏感層；所述敏感層為對酒精敏感的電極活性材料。
實施例3
本實施例提供一種可限刺入深度的微針電極，包括微針本體，所述微針本體包括設置在其前端的針尖區，還包括設置在針尖區後端的半徑大於針尖區的凸臺區。
進一步的，凸臺區與針尖區之間還設有過渡區；所述過渡區的半徑沿針尖區一端向凸臺區一端逐漸增加。
進一步的，所述微針本體由鉑、銀、金、銅、鎢中的任意一種材料構成。
實施例4
本實施例提供一種製備如實施例1微針電極的方法，包括如下工序：
S1.提供一微針本體材料作為陽極，提供一陰極；
S2.提供一的蝕刻液，並向蝕刻液中添加表面活性劑；
S3.將陽極和陰極浸沒於蝕刻液中，對陽極施加第一電流，進行第一次蝕刻，獲得針尖區；
S4.對陽極施加第二電流，進行第二次蝕刻，獲得過渡區和凸臺區；
所述第二電流小於第一電流。
所述微針本體材料為鎢銅合金的細絲（直徑0.3mm）；所述陰極為鉑電極。
所述蝕刻液中包括0.5M濃度的氫氧化鉀或氫氧化鈉；所述蝕刻液中還包括12g/L的十二烷基苯磺酸鈉，溫度為0.3mm；所述第一電流的強度為0.4A；所述第二電流的強度為0.2A；所述第一次蝕刻的時間為36s；所述第二次蝕刻的時間為30S。
本實施例中鎢針整體長度為300.5微米。而且距離針尖30微米處，形成一個凸臺。增加表面活性劑的濃度可以增加凸臺區的長度、降低針尖區的長度。
實施例5
本實施例提供一種製備如實施例1微針電極的方法，包括如下工序：
S1.提供一微針本體材料作為陽極，提供一陰極；
S2.提供一的蝕刻液，並向蝕刻液中添加表面活性劑；
S3.將陽極和陰極浸沒於蝕刻液中，對陽極施加第一電流，進行第一次蝕刻，獲得針尖區；
S4.對陽極施加第二電流，進行第二次蝕刻，獲得過渡區和凸臺區；
所述第二電流小於第一電流。
所述微針本體材料為鎢銅合金的細絲（直徑0.3mm）；所述陰極為鉑電極。
所述蝕刻液中包括0.3M濃度的氫氧化鉀或氫氧化鈉；所述蝕刻液中還包括12g/L的十二烷基苯磺酸鈉，溫度為0.3mm；所述第一電流的強度為0.4A；所述第二電流的強度為0.2A；所述第一次蝕刻的時間為50s；所述第二次蝕刻的時間為20S。
本實施例中鎢針整體長度為360.5微米。而且距離針尖區30微米處，形成一個凸臺區。增加表面活性劑的濃度可以增加凸臺區的長度、降低針尖區的長度。
實施例6
本實施例一種可限刺入深度的微針電極，如圖3，包括微針本體，所述微針本體包括設置在其前端的針尖區，還包括設置在針尖區後端的半徑大於針尖區的凸臺區。
進一步的，凸臺區與針尖區之間還設有過渡區；所述過渡區的半徑沿針尖區一端向凸臺區一端逐漸增加。
更進一步的，所述微針本體由銀銥合金材料構成。
所述針尖區和過渡區表面覆蓋有敏感層；所述敏感層為對葡萄糖敏感的電極活性材料。
實施例7
本實施例一種可限刺入深度的微針電極，包括微針本體，所述微針本體包括設置在其前端的針尖區，還包括設置在針尖區後端的半徑大於針尖區的凸臺區。
進一步的，凸臺區與針尖區之間還設有過渡區；所述過渡區的半徑沿針尖區一端向凸臺區一端逐漸增加。
更進一步的，所述微針本體由銀錫合金合金材料構成。
所述針尖區和過渡區表面覆蓋有敏感層；所述敏感層為對葡萄糖敏感的電極活性材料。
實施例8
本實施例一種製備實施例6微針電極的方法，包括如下工序：
S1.提供一微針本體材料作為陽極，提供一陰極；
S2.提供一pH為8-10的蝕刻液，並向蝕刻液中添加表面活性劑；
S3.將陽極和陰極浸沒於蝕刻液中，對陽極施加第一電流，進行第一次蝕刻，獲得針尖區；
S4.對陽極施加第二電流，進行第二次蝕刻，獲得過渡區和凸臺區；
所述第二電流小於第一電流。
進一步的，所述微針本體材料為銀銥合金絲（0.3mm）；所述陰極為鉑電極。
進一步的，所述蝕刻液中包括0.2M濃度的氫氧化鉀；所述蝕刻液中還包括5g／L十二烷基苯磺酸鈉以及0.4M的過硫酸銨；所述第一電流的強度為0.4A；所述第二電流的強度為0.1A；所述第一次蝕刻的時間為60S；所述第二次蝕刻的時間為20S，溫度為30.7℃。
實施例9
本實施例一種製備實施例7微針電極的方法，包括如下工序：
S1.提供一微針本體材料作為陽極，提供一陰極；
S2.提供一pH為8-10的蝕刻液，並向蝕刻液中添加表面活性劑；
S3.將陽極和陰極浸沒於蝕刻液中，對陽極施加第一電流，進行第一次蝕刻，獲得針尖區；
S4.對陽極施加第二電流，進行第二次蝕刻，獲得過渡區和凸臺區；
所述第二電流小於第一電流。