微电极及其传感应用

微电极及其传感应用

微电极是电分析化学的一门新技术。微电极也称超微电极，通常是指其一维尺寸小于100μm，或者小于扩散层厚度的电极。实验表明，当电极的尺寸从毫米级降至微米或纳米级时，它呈现出许多不同于常规电极的特点，如：（1）电极表面的液相传质速率加快，以致建立稳态所需的时间大为缩短，提高了测量响应速度；（2）微电极上通过的电流很小，为纳安（nA）或皮安（pA）级，体系的iR降很小，在高阻抗体系（包括低支持电解质浓度甚至无支持电解质溶液）的伏安测量中，可以不考虑欧姆电位降的补偿；（3）微电极上的稳态电流密度与电极尺寸成反比，而充电电流密度与其无关，这有助于降低充电电流的干扰，提高测定灵敏度；（4）微电极几乎是无损伤测试，可以应用于生物活体及单细胞分析。微电极的基本电化学性质归纳起来主要有以下几个方面：1.容易达到稳态电流2.微电极的时间常数很小3.适用高阻抗溶液体系微电极是60年代发展起来的并在电化学及电分析化学中显示了广阔的应用前景。随着电化学及微系统相关技术的迅猛发展，微电极在生物电化学，能源电化学，光谱电化学，毛细管电泳-电化学检测系统，生命科学及所涉及的相关学科如生物学，细胞生物学，免疫学，环境分析与监测等各个领域被广泛使用。尤其是在新兴的纳米技术和基因工程中占有很重要的地位。微电极的类型随着纳米技术、微系统及机械加工技术、微电子技术的发展，使制造微小电极成为可能。目前研制的微电极已由微米级向纳米级发展，微系统中所用的微电极已可达到纳米级。在近年来发展起来的基因工程和纳米技术中，微电极所起的作用至关重要。可以对DNA等有机大分子进行测定、还可以对痕量金属离子进行测定，测定数量可达20余种。根据微电极的制作材料可将微电极分为碳纤维微电极，铂微电极，铜微电极，钨微电极，金微电极，铱微电极，银微电极，粉末微电极。根据微电极的形状还可将微电极分为微柱电极，微盘电极，微带电极，微刷电极，微束盘电极微圆盘电极和微流动电极，组和式电极，纳米级圆盘-圆柱电极。根据电极的尺寸又可将电极分为常规电极、微电极、和超微电极。超微电极是指电极尺寸为10-4cm或10-7cm的一类电极。超微电极具有常规电极无法比拟的优良电化学特性，已成为电化学研究中最有发展前景的一个重要分支。微电极的制作微电极的制备直接影响着电化学分析测试的分辨率、灵敏性、准确性和可重复性，从而制约和限制着超微电极电化学学科领域的发展。关于超微电极的具体制备方法在专著和文献中已有报道。为此着重介绍目前实验室中常用的超微圆盘电极、超微阵列电极两类的制备及其化学修饰。超微圆闸盘电宫极的第构造王和制个备较松其它讨超微电完极相变对简丸单，早期采用考熔焊荣法、馒胶粘尚法两买种进涝行制备。组历合式窑超微汉圆盘找电极分的制镜备直植接运即用了婶胶粘法蛛，包想括两个染步骤:1彻.将铂、泡金、工碳的严超微锤金属弹丝仔细地等苗距排侨列在倘绝缘挡体表面，抚并用环氧撒树脂竞等粘合费剂进行乳固定棕并胶合猛；2.待固化后，郑一端进行研磨、机剧械抛稼光处热理以巴作电纸极表面膀，另一端车用金单属导线利用勉银导浅电胶仪联接程引出恋。超微封盘电棵极随着弟技术属的发展燥，微迁盘电极丈的制秆备中恰出现沟了等尼离子野轰击泊法和础刻蚀-涂层刑法。骑超微碳嘴纤维妥圆盘嚷电极鹿的制脂备则仆结合因了熔焊、胶抹粘和栗刻蚀瓶三种冤技术射。常摆把超禁微碳阶纤维扫与铜丝焊接,用环滑氧树极脂粘俊合剂匹封入旅玻璃毛细坛管，筐露出怀电极冲尖端箱，在煤气匙灯下置将毛死细管宜尖端挥烧融丹使碳品纤维顿密封贪于毛赞细管内，构将碳纤叛维在劝煤气川灯上榜继续进行火焰蚀刻埋，制己得图1所示的成超微剃碳纤苍维圆盘展电极。超微阵明列电候极是榨指由泪多个么单超宣微电等极组船合形成集合电极电，在降低害信噪烫比、绩提高央测量仔灵敏姨度的基础碗上，拍不仅获得鞭了n倍单郊一超淘微电定极的电流适强度(n为电倦极数沉目)，而壶且保持炭着单肠一超豪微电犁极的优良特性付。当父前阵志列电慈极的烧制备咐技术史主要重有模板冶法、光脆刻法辽两种颂。模缴板法穗又可瓜分为赵电沉奇积法方和化学镀(非电钉镀)法，元即分别弊采用晒电沉够积和窑化学常镀的方法所在模摄板上惧获得虏特定拜纳米腐结构兴材料鄙。超微美阵列奶电极纳米河微阵列电极售作为扁阵列存电极想研究辞中的驼新发展抱，孙畜冬梅品等通过押电沉节积纳问米Pt粒子眉于多招孔氧鸭化铝号基板上，习制备出了陷纳米廊阵列已铂电斑极。Or睬oz耗co等通过歇在超微金电泪极阵努列(U标ME投As讯)上电苗沉积落纳米Au粒子(G殃NP业s)，再以自抄组装(S委AM昌)形式搞将辣根招过氧周化物亲酶(H平RP竖)固定闻于沉稍积后身的电蜂极表面纱，成华功研制出纳米超器微阵含列金蒜电极饼传感芒器。光刻仰法作傅为一玻种现代的电盛极制挎备技术芝，表末现出广郑阔的亦应用前景颜，可姓以利验用它在钢一定崭基底朵上沉竭积出优图形蜂化的未金刚势石薄膜群，制蠢备出掺育硼金票刚石叮超微从阵列疯电极(D-窄UM读EA漠s)，其具体病的制令备步耍骤(如图2所示)此外认，Be魂rd积on诸di镰ni等用几乎疯同样爱的方缠法成地功制备找出了高幻玉密度Pt微电亲极阵沙列(H纪D-拾ME必As)，如图3所示。Fi污er迈ro等也以相帅同的慢思路唇研制闪出了二辫氧化厦铱(I贫rO守2)微电训极阵犯列(T所OI鸽RO午F-阿ME恰As)，并势进一驴步将表叹面积0.橡54田mm2的Ir电极婶和由5个直径5μm的微乔盘电匪极组荣成的TO抵IR搁OF铅-M致EA便s整合泥，制搅作成了横育截面扔积2的铱微回型芯剂片。微电叮极在刘传感脖器中躬的应挑用传感块器（任英文伸名称归：tr虎an抗sd向uc俱er环/s晃en宅so饭r）是一蚊种检孩测装候置，抗能读尚取测身量物的信吊息，并百能将容读出践的信才息，漏以一蒜定规如律的索变换偏成电暗信号蠢或者座其他涂形式匪的信宵息输悦出，而能够强满足留这些企要求读，如宰信息碌的传贱输、绢处理房诚、存嫁储、锅显示茶、记落录和拌控制耗等。株另外，它是实驻现自租动检乌测和批自动泛控制绳的主亚要环节.而微传改感器第是发谣展起表来的旷新一捕代传感秀器，它奔基于津半导基体工链艺技婆术的蚀器件浊，应济用的熄是新貌的工揉作机展制和调物化合效应豪，采铜用的材选料与标汉准半权导体违工艺截兼容抵的，倾采用自微细箩加工锐技术天制备寺。微猾传感择器特奸点是镰微型菌化、易雅集成、智救能化吊、低径功耗域。微电明极在敏生物匆传感棍技鹊术中扇中应际用Vi粥vi年er等用Na勺fi司on薄膜许修饰览填满MnO2粉末的空搞穴微拐电极(N姜af得io盛n/Mn蔽O2/M辈E)制备缸成电位番型pH传感支器，倡研究了它桐在酸计、碱勺性溶得液中歉的电气位-p潮H响应飞，曲歌线斜率华接近60赤mV•pH-1；在pH皂=2疤~1使2范围事内对H+有能斯袖特响应学，且响应阻时间凉短、选择洪性高。低电化学学生售物传晋感器疤是以捕生物扮活性史物质为传哄感基元翻、以凭工作爸电极遇为信号坝转换役器，勉以电势嘴、电流或阻漏抗等把为特舌征检侍测信凑号的生物蕉传感秧器。Wu等将Pt纳米逐粒子执修饰溉到超恶微碳抵纤维电极(P旱t/漆CF锋UM致E)表面稍，再以辣羊根过丑氧化膜酶(H态RP片)为酶根底，热研制了对凑安培肯检测H2O2具有较好倚电催玻化还原响应略的生物新传感信器，堡对H2O2检出铲限为0.毙35μmo修l/丛L(渗S/吐N=闸3)。Zh档u等通姐过电聚究合制备了基捕于多灿层叉足指型炉超微景阵列鼠电极冶的吡跑咯-葡萄近糖氧化船酶(P绝Py尤/样GO米x)生物鼻传感箭器,灵敏闯度达13禽.4眠nA/(眯mm门ol援/稠L)。Ra绳hm给an等研怀制了新暂型径向微阵互列电世极生物餐传感匹器，测对直接廉培养镜在微阵列支电极表面租的人腰体脐肤静脉灾内皮治细胞(H俘UV胡EC耳)进行劳了测慨试，其阻抗场分布拖在12毅.5晨kH逮z~希50搏0k甚Hz高频范围之内，叠得到电动干共振提频率认和共灰振电梁容值灰分别为52门.5kH帽z和25睬F番/cm2。纳米缠铂修掠饰的秘聚苯材胺薄头膜基谱底研究及其在葡唱萄糖朋传感耍器中朱的应惕用聚苯辈胺的称表征纳米轨铂掺府杂聚泳苯胺织薄膜抓的表涂征对掺杂监修饰独过的司聚苯戚胺薄镜膜进安行能谱分天析纳米当铂掺僵杂聚砖苯胺叶薄膜词的电粪化学CV表征为方材便起怠见,在此驰节将-0炒.6园2V电压封下电诉化学辅掺杂论铂颗肿粒聚贼苯胺询薄膜SE络M图像称为A型薄蹄膜;将-I键V电压医下电烦化学乘掺杂塘铂颗翼粒聚路苯胺淘薄膜SE话M图像越称为B型薄膜;将-1牵.5塑73出V电压凯下电稍化学种掺杂奔铂颗惕粒聚虑苯胺裕薄膜SE灾M图像艰称为C型薄帖膜。在PB啊S标准趴溶液愧中对驻这3种不确同类录型的止薄膜牺以10轿mV毒/S的速柔率在0-熄1V范围弱内进行循环塌伏安侍扫描娘。所掏得结傅果如浸图3.敞8所示,B类型筐薄膜奶在扫伴描7圈内愚迅速填达到稳定。与筋之相荡对应库的,A、C两种厘类型忘薄膜夺达到葛稳定雨均需盟要大勤于30圈CV扫描女的时间。该初结果脉说明B类型僻薄膜厅具有渡较好侍的电浙化学闷稳定鉴性。纳米淋铂掺烫杂聚炊苯胺搞薄膜许形貌腥改变乘机理习研究从图3.乎4-图3.脖6,可以五看出坟在这3个特挥定电位压下阶能够小形成词具有堂不同确形貌较的纳米蚂铂修饰店聚苯壶胺纤苏维薄闲膜。邮针对父这一弃现象,分别寇在-0屡.8历V电位珠以及-1奔.2倦V以及-1.姿7V电位进行网恒电携位纳宁米铂宁颗粒转掺杂迅实验池。所榆得结奖杲如预图3.既9、3.科10、3.象11所示蚂。根据疲图3.谅9,可以活看出典在聚富苯胺笨表面齐