微叉指電極陣列是基于 MEMS (Micro-ElectroMechanicalSystems)微加工技術,將具有和細胞尺寸匹配的金屬電極陣列加工在硅或玻璃基底上的一類芯片,用于多通道同步檢測細胞胞外電生理信號。微叉指電極陣列的基本結構包括3個部分: 絕緣基底,金屬層電極陣列,鈍化層。加工后的芯片中,金屬位點暴露于細胞生存環境,并和生長在電極位點或附近細胞形成電耦合結構。當具有電興奮特性的細胞生長在電極上時,其動作電位引起電極表面電勢的變化,即為檢測到的細胞胞外電位。金屬層上的引線用于輸出檢測到的信號,它們被鈍化層包裹避免和外界接觸。焊盤暴露,北京PI叉指電極,般在采用打金線或壓片的方法將焊盤和外界電路導通后用環氧樹脂包袋,北京PI叉指電極,北京PI叉指電極,避免和細胞生長環境接觸,并將信號輸出至外界處理電路。叉指電極是一種能對目標物質進行定量或半定量分析的集成設備。北京PI叉指電極

柔性叉指電極穩定性好,靈敏度高,表面空間電場特性好,生物相容性好,在可穿戴領域、電子皮膚和生物測試領域應用。柔性電極因具有阻抗低、快速建立穩態信號、信噪比高等優點,常被用作與生物非均勻體系接觸的媒介和信號轉換器。柔性叉指電極可嵌入衣物、貼附皮膚等方式感知外部環境。柔性電極是指可以承受彎曲、扭轉、拉伸、折疊等形變,并且在形變狀態下依然能夠正常工作的電極材料。其特點是具有高導電性、高柔韌性、使用上的耐久性等。安徽Au叉指電極微納加工工藝所制造的叉指電極功能層薄膜厚度在納米級。

電極類生物傳感器的工作分步驟大致分為以下三步:1) 由被測物的阻抗響應可以得到正弦激勵小信號。2) 對傳感器的表面進行修飾,增強吸附被測物的能力。3) 分析目標檢測物在傳感器表面吸附前后的阻抗變化得到量化關系。電極設計成叉指陣列形狀,可以極大提高反應速率,有效的縮短檢測時間。同時,叉指電極具有阻抗降低、穩定性快、信噪比高等優點,與新技術結合構成新型傳感器被應用于檢測領域。將微叉指電極作為載體,通過電化學檢測方法與生物傳感技術相結合,能夠顯著提高電化學傳感器的檢測精度和靈敏度。
又指電極傳感器誕生后發展非常迅速,首先是制作方法種類多樣,諸如納米壓印、絲網印刷、剝離以及電鍍,這些加工方法因各自的不同優勢而被用于電極制作上。而它的檢測方法同樣靈活、多樣,可以利用前處理后結合叉指電極進行檢測,也可以修飾抗體作為敏感層進行生物特異選擇完成無標記檢測,同樣也可以用特殊化學物質作為敏感層進行特異選擇,為了增強其靈敏度可以在電極表面進行納米材料修飾以增大比表面積。叉指陣列微電極的靈敏度,在檢測中的選擇性以及金電極自身的導電性能以及偶聯識別抗體的能力仍然是它在食品、環境安全檢測等應用中尚需解決或優化的問題,綜上所述我們仍需要提升叉指電極的靈敏度,賦予其選擇性,以及對電極本身的微觀結構、宏觀結構進行調整優化使得叉指電極能更好的應用到檢測中。生物叉指電極的基底材料的強度可將其分為兩大類:柔性基底電極和剛性基底電極。

平面叉指電極傳感器是一種低成本、小型化,在線式且適合集成的用于無機物離子檢測的傳感器,采用浸入式檢測方式。根據阻抗特性可以將叉指電極傳感器劃分為 3種類型,第 1 種類型為電感類型,具有電感特性的傳感器通常被用作導電性和磁性材料完整性的無損檢測。第 2 種類型是電容類型,通常表現為叉指狀電極,這種傳感器的應用包括紙漿水分含量的測量,特定細菌檢測,人體皮膚表面含水量測量,化學傳感器,食品安全檢驗等。第 3 種類型是電感性和電容性結構的結合,也可被分類為可遠程操作的無源傳感器,比如用于土木工程材料、含水量的實時監測。叉指電極陣列以玻璃基為襯底具有良好的生物相容性。河北柔性叉指電極
叉指電極采用微電子機械系統(MEMS)工藝制備,集成結構為叉指陣列分布的工作電極和對電極。北京PI叉指電極
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。北京PI叉指電極
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