電極結構是影響傳感器性能的重要因素之一,電極的結構參數包括形狀、指寬度、間距、指長、厚度,指對數、指寬比和電極表面的狀態,即是否有功能化修飾等,河南Au叉指電極。電極厚度對信噪比影響明顯,但指數對其影響極小,減小電極寬度和間距可以提高信噪比,河南Au叉指電極。被測對象的形態和在傳感器表面的分布狀態也是設計微叉指電極結構的考慮因素,有研究發現電極間距約為細胞直徑的4倍時傳感器有較好的靈敏度,在一定范圍內增加電極的厚度、減小寬度也能提高傳感器的精度。細胞與電極的相對位置也影響測量靈敏度,這種客觀的影響因素為微流控技術在微又指電極傳感器_上的應用提供了機遇,河南Au叉指電極,微流控技術可以控制被測細胞在微叉指電極傳感器表面的位置分布。叉指電極導電材料的銀是所有金屬材料中導電性與導熱性較好的材料。河南Au叉指電極

叉指電極雙電層來源于界面電荷,產生在固-液界面,由于其特殊微觀結構與性質決定了固-液界面的性能。通過雙電層理論人們可以得到表面濃度、濃度分布、吸附層與基地之間的電容值及變化率等電化學反應參數。此外,雙電層間還有界面電場,該電場的距離非常小因而有較大的電場強度,并且能夠極大的改變電化學反應速度,甚至使某些條件下難以發生或進行的化學反應可以得以實現。電容產生于電解質和電極表面界面上的離子和分子之間的相互作用,并與電極面積間接成正比。雙層電容對測量裝置施加了限制,增加了低頻的測量誤差,通過優化微電極的設計,以降低界面阻抗,并在較低的頻率范圍內擴展微電極的有效頻率探測范圍,首先是消除界面現象的影響,然后提高微生物測量的靈敏度。上海石英叉指電極Si 基 Pt 薄膜生物叉指電極具有耐腐蝕性和生物相容性。

三電極微針陣列血糖濃度傳感器屬于一種酶生物傳感器,將生物酶和電極相結合來測定酶底物的濃度,隨著世界上首支葡萄糖氧化酶電極被研制出,學術界開始重視酶生物傳感器的研究并取得了迅速發展。酶生物傳感器以酶作為生物敏感基件,可以根據各種化學或物理信號轉換系統,計量得出目標測量物與酶反應產生的與目標測量測量濃度成比例關系的某種形式的信號,從而根據反應所測得的信號實現對目標物進行定量檢測的目的。相較于其他類型的生物傳感器,這種酶固化方法將酶直接固定在金屬或半導體電極的表面形成固化膜,由于酶具有專屬反應特性,有著很高的選擇性,同時具有不溶性酶的優點和電化學電極的靈敏度。
在微加工工藝中,主要采取硅、玻璃和高分子材料作為基底。硅作為一種半導體材料,具有良好的導電性能,作為叉指電極MEA基底時,需要在表面熱生長一層SiO2,隔離金屬層和硅基底之間的導電通路出于金屬-氧化層-硅具有光電效應,對光敏感在檢測中,光照在硅-SiO2 產生的光生電流能被金屬電極輸出到檢測電路,增加信號的噪聲幅度。在實驗中發現,此噪聲幅度可達幾十到幾百微伏,因此采用硅基底的 MEA 需要避光檢測。相比于硅,玻璃具有良好的絕緣性、透光性和耐熱性,具有成熟的加工工藝,在生物實驗中便于采用倒置顯微鏡觀察,被采用于 MEA 芯片的基底材料。為了降低成本,聚對二甲苯(Parylene)和聚酷亞胺 (Polyimide)也用來作為底材料。這些高分了材料具備良好的絕緣性,耐高溫,靈活的可塑性,顯示了良好的生物相容性,對細胞的活性沒有明顯的影響。在本實驗室的實踐過程中,也嘗試采用PCB板加工MEA芯片,然而工藝中電極精度受到限制,電極尺寸限于80um,遠遠低于微加工工藝的芯片加工精度。電化學生物傳感器將高靈敏的電分析方法和高特異性的生物識別過程相結合。

三電極體系需要配備一種可以實現控制參比電極的電路,維持施加在工作電極上的電壓恒定,以保證三電極始終工作在穩定狀態下。為防止采集到的電化學原始信號受到工頻信號以及電極表面附著的離子等其他干擾因素的影響,需要對采樣信號進行濾波處理,通過 IV 轉換電路將微弱的電流信號放大并轉換成電壓信號供 ADC 模塊讀取,同時通過補償模塊檢測對系統產生的干擾因素。經過 MCU 內部的數據處理濾波與校準得出更加準確的血糖濃度,通過藍牙通信模塊將實時記錄的血糖濃度傳輸至設備端,記錄下血糖濃度變化曲線。容性生物電極的一個很大的優勢便是能夠借助介電層的隔離保護作用,避免漏電流存在而造成觸電損害。湖南叉指電極技術
柔性叉指電極自身的延展性實現與生物組織的良好接觸以保證信號監測質量。河南Au叉指電極
加工后的芯片為劃片后用金線將芯片上的焊盤和 PCB 板底座上的焊盤導通,PCB 上有和外界處理電路相連的接口。焊盤處用環氧樹脂封裝,避免暴露而引入噪聲,同時固定腔體用于培養細胞。采用電鍍鉑黑的方法來提升電極比表面積,在電鍍前,芯片表面用酒精和去離子水交替清洗,直至顯微鏡下觀察到電極上無異物并呈亮金色。電鍍鉑黑的溶液出 1%的氯酸和0.01%的醋酸鉛配制而成。以微電極為工作電極,Ag/AgCI 電極為參考電極,鉑電極為對電極,恒電位工作儀產生的直流恒電壓 0.01mV 為工作電壓,根據電極大小控制時間,直徑為30um的電極所需電鍍時間約為20~25s。電鍍后電極位點表面早黑色棉絮狀,明顯增加了電極表面的粗糙程度。處理后的芯片可用純水清洗,去除離散的鉑黑微粒,浸于純水環境中,并避光保存,避免芯片表面生長微生物而受到污染。河南Au叉指電極
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