三電極體系是指工作電極、對電極和參比電極均在微電極芯片上制備。工作電極采用金電極作為基底電極,參比電極可采用絲網印刷或銀膜氯化的方法制備全固態微型銀/氯化銀電極,上海硅叉指電極,對電極則為片上鉑電極。溶液中的葡萄糖被電極表面固化的酶還原產生過氧化氫,對工作電極施加電壓,電離過氧化氫產生氫離子,促進電流從工作電極流出。此時電流大小與電離產生的電子量成正相關,上海硅叉指電極,反應速率決定電流大小從而得到血糖濃度。控制回路由 WE 和 RE 組成,維持施加在工作電極上的電壓恒定,且回路中不包含極化電流,上海硅叉指電極,不影響極化狀態和系統的穩定性。微叉指電極因其靈敏度高、響應速度快、檢出限低、成本適中、攜帶方便等優點。上海硅叉指電極

濺射或蒸發工藝后的金屬層表面光滑,微米尺寸的電極具有較大的基線噪聲和波動,因此增加電極的比面積可以增加電極和溶液的有效接觸面積,從而來降低電極的阻抗和噪聲。通常所采用的電極表面修飾材料有: TiN、Ir、鉑黑碳納米管等,在修飾到裸金或鉑電極上后,電極表面出現納米結構,增加了電極表面的粗糙度。TiN 通過反應濺射法在氮氣和氟氣混合氣體中粘附到金或鉑電極上, TiN 具有規則的柱狀納米結構,表現出穩定的電學和機械特性,被采用在商業化生產的叉指電極上。相比之下,采用陰極氧化方法加工的Ir雖然具有較大的表面電荷負載,但是其電荷注入能力較差,不適合用于刺激電極,此外其電學特性不穩定,表面是現不規則的龜裂結構。出于鉑黑采用恒電流或恒電壓電鍍方法修飾到電極表面,裝置和電鍍液成本較低,操作簡單,較多采用。電鍍鉑黑后的電極表面出現棉絮狀的納米結構,比面積達到電極幾何面積的 10~100 倍,在實驗中具有較好的效果。然而相比TiN,電極表面的鉑黑顆粒容易脫落,電極壽命較短。北京叉指電極加工制造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。

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。
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。生物傳感器是一種以生物活性單元為敏感元件, 結合化學、物理轉換元件。

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完成,采用剝離工藝進行電極制作。首先,利用熱氧化生長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、超純水中進行超聲清洗,完成剝離后切片即得到叉指電極傳感器。電化學叉指電極是一類以微生物作為識別元件的生物傳感器。湖北Au叉指電極
柔性叉指電極基底通常為高分子材料,具有良好的延展性和靈敏度。上海硅叉指電極
蒸鍍和濺射等方法在薄膜電極制備領域中具有精度高和潔凈度好等優勢。利用蒸鍍和濺射方法將電極搭載于柔性印刷電路板(FPC)上直接與外部檢測體系相連。微型三電極系統由金電極(工作電極)、鉑電極(對電極)與 Ag/AgCI電極(參比電極)組成,單個電極尺寸為0.5 mm x0.7 mm,單次檢測所需樣品量約10 ~20 L。當三電極外接檢測電路后,可通過多步電位法和計時電流法,無酶、快速、定量地檢測人工汗液(pH=4.7)中的葡萄糖濃度線性檢測范圍為50~500 umol/L檢出限為20 umol/L。上海硅叉指電極
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