叉指電極修飾可以提升傳感器的靈敏度,且電極本身不具備特異性檢測(cè)功能,需要對(duì)電極進(jìn)行修飾敏感膜來(lái)獲得特異性檢測(cè)的功能。敏感膜是生物化學(xué)傳感器的重要組成部分。生物敏感膜是使用有生物活性的材料作為敏感膜,需要將生物活性材料固定到微電極的工作電極上,它的固定是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。生物敏感膜包括酶、微生物、免疫蛋白、DNA 單鏈等。根據(jù)不同的生物功能物質(zhì),有五大類方法:物理或化學(xué)吸附法、凝膠包埋法、共價(jià)鍵固定法,天津硅叉指電極、交聯(lián)法以及分子自組裝固定法,天津硅叉指電極。其中自組裝單層膜簡(jiǎn)稱自組裝膜,為目前研究較多,對(duì)固體表面進(jìn)行修飾為有效的分子有序組裝體系,天津硅叉指電極。叉指電極將生物檢測(cè)具有的特異性與電化學(xué)技術(shù)的準(zhǔn)確、快速等優(yōu)點(diǎn),制作出集成度高、攜帶方便的微型傳感器。天津硅叉指電極

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(jié)合來(lái)測(cè)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(xué)術(shù)界開始重視酶生物傳感器的研究并取得了迅速發(fā)展。酶生物傳感器以酶作為生物敏感基件,可以根據(jù)各種化學(xué)或物理信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng),計(jì)量得出目標(biāo)測(cè)量物與酶反應(yīng)產(chǎn)生的與目標(biāo)測(cè)量測(cè)量濃度成比例關(guān)系的某種形式的信號(hào),從而根據(jù)反應(yīng)所測(cè)得的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行定量檢測(cè)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(dǎo)體電極的表面形成固化膜,由于酶具有專屬反應(yīng)特性,有著很高的選擇性,同時(shí)具有不溶性酶的優(yōu)點(diǎn)和電化學(xué)電極的靈敏度。江蘇硅叉指電極叉指電極導(dǎo)電層為金屬層,采用物理方法制備,包括蒸鍍、磁控濺射、絲網(wǎng)印刷、噴墨打印。

對(duì)于柔性叉指電極,電極層的厚度和電極材料對(duì)失效形式也有較大影響。金屬層較厚時(shí),拉伸導(dǎo)致的機(jī)械損傷往往會(huì)令導(dǎo)體完全裂開,使得電流中斷。相較而言,較薄的金屬層在受到較大的拉應(yīng)力時(shí),雖然會(huì)在電極層中產(chǎn)生微裂紋,但這些裂紋不會(huì)從電極的一端延伸到另一端,雖然電極的阻值有所增大,但仍能夠保持導(dǎo)電路徑的連通。電極斷路主要發(fā)生在柔性電極中,在反復(fù)拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲實(shí)驗(yàn)中電極容易發(fā)生斷路現(xiàn)象,該種方式導(dǎo)致的電極失效時(shí)間與電極金屬層材料和微觀結(jié)構(gòu)、電極金屬層厚度以及電極金屬層缺陷有很大關(guān)系。
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(wú)機(jī)物離子檢測(cè)的傳感器,采用浸入式檢測(cè)方式。根據(jù)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(dǎo)電性和磁性材料完整性的無(wú)損檢測(cè)。第 2 種類型是電容類型,通常表現(xiàn)為叉指狀電極,這種傳感器的應(yīng)用包括紙漿水分含量的測(cè)量,特定細(xì)菌檢測(cè),人體皮膚表面含水量測(cè)量,化學(xué)傳感器,食品安全檢驗(yàn)等。第 3 種類型是電感性和電容性結(jié)構(gòu)的結(jié)合,也可被分類為可遠(yuǎn)程操作的無(wú)源傳感器,比如用于土木工程材料、含水量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。陣列酶標(biāo)板和絲網(wǎng)印刷電極組成的電化學(xué)免疫傳感裝置。

為保證叉指電極的良率和性能,所有工藝步驟均在超凈間內(nèi)完成,采用剝離工藝進(jìn)行電極制作。首先,利用熱氧化生長(zhǎng)500 nm 二氧化硅硅片以確保襯底的絕緣性。將硅片用乙醇、超純水超聲清洗,并氮吹干燥保證表面潔凈。然后旋涂光刻膠,前烘后進(jìn)行光刻,其中不同尺寸的叉指電極選用不同尺寸的掩膜版。在光刻、顯影將電極圖形轉(zhuǎn)移至二氧化硅襯底后,用氧等離子體刻蝕去除殘膠。然后電子束蒸發(fā)沉積一層 10nm/70nm 的Cr/Au,其中Cr為金電極的黏附層。依次在乙醇、超純水中進(jìn)行超聲清洗,完成剝離后切片即得到叉指電極傳感器。對(duì)醫(yī)用叉指電在低成本、可設(shè)計(jì)、柔性化等方面等提出更高的要求。湖南石英叉指電極
生物叉指電極的基底材料的強(qiáng)度可將其分為兩大類:柔性基底電極和剛性基底電極。天津硅叉指電極
叉指電極雙電層來(lái)源于界面電荷,產(chǎn)生在固-液界面,由于其特殊微觀結(jié)構(gòu)與性質(zhì)決定了固-液界面的性能。通過(guò)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(xué)反應(yīng)參數(shù)。此外,雙電層間還有界面電場(chǎng),該電場(chǎng)的距離非常小因而有較大的電場(chǎng)強(qiáng)度,并且能夠極大的改變電化學(xué)反應(yīng)速度,甚至使某些條件下難以發(fā)生或進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)可以得以實(shí)現(xiàn)。電容產(chǎn)生于電解質(zhì)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(duì)測(cè)量裝置施加了限制,增加了低頻的測(cè)量誤差,通過(guò)優(yōu)化微電極的設(shè)計(jì),以降低界面阻抗,并在較低的頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展微電極的有效頻率探測(cè)范圍,首先是消除界面現(xiàn)象的影響,然后提高微生物測(cè)量的靈敏度。天津硅叉指電極
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