超声波喷涂-生物传感器涂层

一、生物传感器，是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。生物敏感材料一般为酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质。常见的生物传感器包括血糖仪、妊娠检测试纸、新冠病毒抗原检测试纸等。

二、超声波精密喷涂技术，因其卓越的均匀性、高材料利用率和对脆弱基材的友好性，在生物传感器的“膜”制备中扮演着关键角色。简单来说，超声波喷涂技术主要用于将生物传感器的各种“功能材料”精确、薄层、均匀地涂覆到传感器的电极或功能区域，形成涂层-膜。

三、功能膜材料可以分为以下几大类：

1、生物识别元件

这是生物传感器的核心，决定了传感器的特异性。超声波喷涂可以将这些敏感的生物学物质以活性形式固定到传感器表面。

酶层：用于葡萄糖、乳酸、尿酸等检材所用传感器的制备。将含有葡萄糖氧化酶、辣根过氧化物酶（HRP）等的混合溶液均匀喷涂在工作电极上。

抗体/抗原层：用于免疫传感器（如新冠检测试纸的T线和C线）的制备。将捕获抗体或抗原精确喷涂在硝酸纤维素膜（NC膜）的特定位置。例如，要检测新冠病毒抗原，喷涂的就是抗新冠病毒的特异性抗体

2、导电材料

为了确保电子传递并为生物分子提供稳定的附着环境，需要喷涂一些功能性材料，沉积在基材上。

碳纳米材料：石墨烯、碳纳米管、碳黑等。它们能极大地增加电极比表面积，提高电子传输速率，从而增强信号。

金属纳米颗粒：金纳米颗粒、铂纳米颗粒等。它们具有良好的生物相容性和催化性能，常用于固定抗体或酶，并能促进电化学反应。

3、保护层与分离膜

这些涂层用于控制传感器的选择性、稳定性和使用寿命。

外膜/限流膜：在酶传感器（如血糖传感器）中，喷涂一层薄薄的聚氨酯或其他聚合物溶液形成膜层，该膜层可以限制葡萄糖等底物的扩散速度，从而扩大传感器的线性检测范围并减少干扰物质的影响。

抗污层：喷涂一些亲水或两性离子聚合物，如聚乙二醇（PEG）的衍生物，以减少血液或复杂样品中蛋白质的非特异性吸附，防止传感器信号漂移或失效。

超声波喷涂机

四、优势和特点：

与传统喷涂（如气压喷涂）或点胶、旋涂相比，超声波喷涂在生物传感器制造中具有独特的优势，已成为当前研究和产业化的热点：

1.超高的均匀性：可产生单分散性极好的雾滴，形成的涂层厚度均匀一致，保证了传感器性能一致，批内和批间差异小，提高产品良率和可靠性。

2.极低的雾化压力：雾化依靠声波能量，而非高压气体。保护脆弱的生物分子（如酶、抗体）的活性和结构，防止因剪切力而失活。

3.极高的材料利用率：喷涂模式可控，过喷极少。节省昂贵的生物试剂和纳米材料（如金纳米粒子、碳纳米管），显著降低生产成本。

4.精确的厚度控制：通过调节流量、喷头速度等，可精确控制薄膜厚度（从纳米到微米级）。优化传感器响应，薄膜厚度直接影响灵敏度、响应时间和线性范围。

5.适用于复杂基底：可喷涂在平面、曲面甚至多孔材料上。拓宽传感器设计可能性，如柔性电极、微流控芯片内的通道涂层。

6.无堵塞：雾化过程温和，对含颗粒的悬浮液（如纳米材料墨水）友好。适合喷涂导电墨水、酶-纳米颗粒复合材料等。

超声波精密喷涂技术为生物传感器的制造提供了一种高精度、高效率、高性价比的薄膜沉积解决方案。它通过实现超薄、均匀、可控的生物活性薄膜，直接提升了生物传感器的灵敏度、重复性和稳定性，是推动下一代高性能、可穿戴、一次性生物传感器从实验室走向产业化大规模生产的关键赋能技术之一。

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