微電極及其傳感應(yīng)用ppt課件

1、微電極及其傳感運(yùn)用. 微電極是電分析化學(xué)的一門新技術(shù)。微電極也稱超微電極，通常是指其一維尺寸小于100m ，或者小于分散層厚度的電極。實(shí)驗(yàn)闡明，當(dāng)電極的尺寸從毫米級降至微米或納米級時(shí)，它呈現(xiàn)出許多不同于常規(guī)電極的特點(diǎn)，如：. 1電極外表的液相傳質(zhì)速率加快，以致建立穩(wěn)態(tài)所需的時(shí)間大為縮短，提高了丈量呼應(yīng)速度； 2微電極上經(jīng)過的電流很小，為納安nA或皮安pA級，體系的iR降很小，在高阻抗體系包括低支持電解質(zhì)濃度甚至無支持電解質(zhì)溶液的伏安丈量中，可以不思索歐姆電位降的補(bǔ)償；. 3微電極上的穩(wěn)態(tài)電流密度與電極尺寸成反比，而充電電流密度與其無關(guān)，這有助于降低充電 電流的干擾，提高測定靈敏度； 4微電極幾

2、乎是無損傷 測試，可以運(yùn)用于生物活體及單細(xì)胞分析。.微電極的根本電化學(xué)性質(zhì)歸納起來主要有以下幾個(gè)方面：1.容易到達(dá)穩(wěn)態(tài)電流2.微電極的時(shí)間常數(shù)很小3.適用高阻抗溶液體系.微電極是60年代開展起來的并在電化學(xué)及電分析化學(xué)中顯示了寬廣的運(yùn)用前景。隨著電化學(xué)及微系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的迅猛開展，微電極在生物電化學(xué)，能源電化學(xué)，光譜電化學(xué)，毛細(xì)管電泳-電化學(xué)檢測系統(tǒng)，生命科學(xué)及所涉及的相關(guān)學(xué)科如生物學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)，免疫學(xué)，環(huán)境分析與監(jiān)測等各個(gè)領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。尤其是在新興的納米技術(shù)和基因工程中占有很重要的位置。.微電極的類型隨著納米技術(shù)、微系統(tǒng)及機(jī)械加工技術(shù)、微電子技術(shù)的開展，使制造微小電極成為能夠。目前研制的微

3、電極已由微米級向納米級開展，微系統(tǒng)中所用的微電極已可到達(dá)納米級。在近年來開展起來的基因工程和納米技術(shù)中，微電極所起的作用至關(guān)重要?？梢詫NA等有機(jī)大分子進(jìn)展測定、還可以對痕量金屬離子進(jìn)展測定，測定數(shù)量可達(dá)20余種。.根據(jù)微電極的制造資料可將微電極分為碳纖維微電極，鉑根據(jù)微電極的制造資料可將微電極分為碳纖維微電極，鉑微電極，銅微電極，鎢微電極，金微電極，銥微電極，銀微電極，銅微電極，鎢微電極，金微電極，銥微電極，銀微電極，粉末微電極。微電極，粉末微電極。根據(jù)微電極的外形還可將微電極分為微柱電極，微盤電極，根據(jù)微電極的外形還可將微電極分為微柱電極，微盤電極，微帶電極，微刷電極，微束盤電極微圓盤電

4、極和微流動(dòng)電微帶電極，微刷電極，微束盤電極微圓盤電極和微流動(dòng)電極，組和式電極，納米級圓盤極，組和式電極，納米級圓盤-圓柱電極。圓柱電極。根據(jù)電極的尺寸又可將電極分為常規(guī)電極、微電極、和超根據(jù)電極的尺寸又可將電極分為常規(guī)電極、微電極、和超微電極。超微電極是指電極尺寸為微電極。超微電極是指電極尺寸為10-4cm或或10-7cm的一類的一類電極。超微電極具有常規(guī)電極無法比較的優(yōu)良電化學(xué)特性，電極。超微電極具有常規(guī)電極無法比較的優(yōu)良電化學(xué)特性，已成為電化學(xué)研討中最有開展前景的一個(gè)重要分支。已成為電化學(xué)研討中最有開展前景的一個(gè)重要分支。.微電極的制造 微電極的制備直接影響著電化學(xué)分析測試的分辨率、靈敏性

5、、準(zhǔn)確性和可反復(fù)性，從而制約和限制著超微電極電化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的開展。關(guān)于超微電極的詳細(xì)制備方法在專著和文獻(xiàn)中已有報(bào)道。為此著重引見目前實(shí)驗(yàn)室中常用的超微圓盤電極、超微陣列電極兩類的制備及其化學(xué)修飾。. 超微圓盤電極的構(gòu)造和制備較其它超微電極相對簡單，早期采用熔焊法、膠粘法兩種進(jìn)展制備。組合式超微圓盤電極的制備直接運(yùn)用了膠粘法，包括兩個(gè)步驟:1.將鉑、金、碳的超微金屬絲仔細(xì)地等距陳列在絕緣體外表，并用環(huán)氧樹脂等粘合劑進(jìn)展固定并膠合；2.待固化后，一端進(jìn)展研磨、機(jī)械拋光處置以作電極外表，另一端用金屬導(dǎo)線利用銀導(dǎo)電膠聯(lián)接引出。超微盤電極超微盤電極.隨著技術(shù)的開展，微盤電極的制備中出現(xiàn)了等離子轟擊法和刻

6、蝕-涂層法。超微碳纖維圓盤電極的制備那么結(jié)合了熔焊、膠粘和刻蝕三種技術(shù)。常把超微碳纖維與銅絲焊接,用環(huán)氧樹脂粘合劑封入玻璃毛細(xì)管，顯露電極尖端，在煤氣燈下將毛細(xì)管尖端燒融使碳纖維密封于毛細(xì)管內(nèi)，將碳纖維在煤氣燈上繼續(xù)進(jìn)展火焰蝕刻，制得圖1所示的超微碳纖維圓盤電極。. 超微陣列電極是指由多個(gè)單超微電極組合構(gòu)成集合電極，在降低信噪比、提高丈量靈敏度的根底上，不僅獲得了n倍單一超微電極的電流強(qiáng)度(n為電極數(shù)目)，而且堅(jiān)持著單一超微電極的優(yōu)良特性。當(dāng)前陣列電極的制備技術(shù)主要有模板法、光刻法兩種。模板法又可分為電堆積法和化學(xué)鍍(非電鍍)法，即分別采用電堆積和化學(xué)鍍的方法在模板上獲得特定納米構(gòu)造資料。超微

7、陣列電極超微陣列電極.納米微陣列電極作為陣列電極研討中的新開展，孫冬梅等經(jīng)過電堆積納米Pt粒子于多孔氧化鋁基板上，制備出了納米陣列鉑電極。Orozco等經(jīng)過在超微金電極陣列(UMEAs)上電堆積納米Au粒子(GNPs)，再以自組裝(SAM)方式將辣根過氧化物酶(HRP)固定于堆積后的電極外表，勝利研制出納米超微陣列金電極傳感器。.光刻法作為一種現(xiàn)代的電極制備技術(shù)，表現(xiàn)出寬廣的運(yùn)用前景，可以利用它在一定基底上堆積出圖形化的金剛石薄膜，制備出摻硼金剛石超微陣列電極(D-UMEAs)，其詳細(xì)的制備步驟(如圖2所示).此外， Berdondini等用幾乎同樣的方法勝利制備出了高密度Pt微電極陣列(HD

8、-MEAs)，如圖3所示。. Fierro等也以一樣的思緒研制出了二氧化銥(IrO2)微電極陣列(TOIROF-MEAs)，并進(jìn)一步將外表積0.54mm2的Ir電極和由5個(gè)直徑5m的微盤電極組成的TOIROF-MEAs整合，制形成了橫截面積2.4x6.0mm2的銥微型芯片。.微電極在傳感器中的運(yùn)用傳感器英文稱號：傳感器英文稱號：transducer/sensor是一是一種檢測安裝，能讀取丈量物的信息，并能將種檢測安裝，能讀取丈量物的信息，并能將讀出的信息，以一定規(guī)律的變換成電信號或讀出的信息，以一定規(guī)律的變換成電信號或者其他方式的信息輸出，而可以滿足這些要者其他方式的信息輸出，而可以滿足這些要

9、求，如信息的傳輸、處置、存儲(chǔ)、顯示、記求，如信息的傳輸、處置、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等。另外，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自錄和控制等。另外，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的主要環(huán)節(jié)動(dòng)控制的主要環(huán)節(jié).而微傳感器是開展起來的新一代傳感器，它基于半導(dǎo)體工藝技術(shù)的器件，運(yùn)用的是新的任務(wù)機(jī)制和物化效應(yīng)，采用的資料與規(guī)范半導(dǎo)體工藝兼容的，采用微細(xì)加工技術(shù)制備。微傳感器特點(diǎn)是微型化、易集成、智能化、低功耗。.微電極在生物傳感微電極在生物傳感 技術(shù)中中運(yùn)用技術(shù)中中運(yùn)用Vivier等用等用Nafion薄膜修飾填滿薄膜修飾填滿MnO2粉末的粉末的空穴微電極空穴微電極(Nafion / MnO2/ME)制備成電位型制備成電位型

10、pH傳感器，研討了它在酸、堿性溶液中的電傳感器，研討了它在酸、堿性溶液中的電位位-pH呼應(yīng)，曲線斜率接近呼應(yīng)，曲線斜率接近60mVpH-1；在；在pH=212范圍內(nèi)對范圍內(nèi)對H+有能斯特呼應(yīng)，且呼應(yīng)有能斯特呼應(yīng)，且呼應(yīng)時(shí)間短、選擇性高。電化學(xué)生物傳感器是以時(shí)間短、選擇性高。電化學(xué)生物傳感器是以生物活性物質(zhì)為傳感基元、以任務(wù)電極為信生物活性物質(zhì)為傳感基元、以任務(wù)電極為信號轉(zhuǎn)換器，以電勢、電流或阻抗等為特征檢號轉(zhuǎn)換器，以電勢、電流或阻抗等為特征檢測信號的生物傳感器。測信號的生物傳感器。.Wu等將Pt納米粒子修飾到超微碳纖維電極(Pt/CFUME)外表，再以辣根過氧化酶(HRP)為酶底，研制了對安培

11、檢測H2O2具有較好電催化復(fù)原呼應(yīng)的生物傳感器，對H2O2檢出限為0.35mol/L(S/N=3)。.Zhu等經(jīng)過電聚合制備了基于多層叉指型超微陣列電極的吡咯-葡萄糖氧化酶(PPy /GOx)生物傳感器,靈敏度達(dá)13.4nA /(mmol /L)。.Rahman等研制了新型徑向微陣列電極生物傳感器，對直接培育在微陣列電極外表的人體臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)進(jìn)展了測試，其阻抗分布在12.5kHz500kHz高頻范圍內(nèi)，得到電動(dòng)共振頻率和共振電容值分別為52.5 kHz和25F /cm2。.納米鉑修飾的聚苯胺薄膜基底研討納米鉑修飾的聚苯胺薄膜基底研討及其在葡萄糖傳感器中的運(yùn)用及其在葡萄糖傳感器中

12、的運(yùn)用.聚苯胺的表征聚苯胺的表征.納米鉑摻雜聚苯胺薄膜的表征納米鉑摻雜聚苯胺薄膜的表征.對摻雜修飾過的聚苯胺薄膜進(jìn)展能譜分析對摻雜修飾過的聚苯胺薄膜進(jìn)展能譜分析.納米鉑摻雜聚苯胺薄膜的電化學(xué)納米鉑摻雜聚苯胺薄膜的電化學(xué)CV表征表征為方便起見,在此節(jié)將-0.62V電壓下電化學(xué)摻雜鉑顆粒聚苯胺薄膜SEM圖像稱為A型薄膜;將-IV電壓下電化學(xué)摻雜鉑顆粒聚苯胺薄膜SEM圖像稱為B型薄膜;將-1.573V電壓下電化學(xué)摻雜鉑顆粒聚苯胺薄膜SEM圖像稱為C型薄膜。在PBS規(guī)范溶液中對這3種不同類型的薄膜以10mV/S的速率在0-1V范圍內(nèi)進(jìn)展循環(huán)伏安掃描。所得結(jié)果如圖3.8所示,B類型薄膜在掃描7圈內(nèi)迅速到

13、達(dá)穩(wěn)定。與之相對應(yīng)的,A、C兩種類型薄膜到達(dá)穩(wěn)定均需求大于30圈CV掃描的時(shí)間。該結(jié)果闡明B類型薄膜具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性。.納米鉑摻雜聚苯胺薄膜形貌改動(dòng)機(jī)理研討納米鉑摻雜聚苯胺薄膜形貌改動(dòng)機(jī)理研討從圖3.4-圖3.6,可以看出在這3個(gè)特定電壓下可以構(gòu)成具有不同形貌的納米鉑修飾聚苯胺纖維薄膜。針對這一景象,分別在-0.8V電位以及-1.2V以及-1.7V電位進(jìn)展恒電位納米鉑顆粒摻雜實(shí)驗(yàn)。所得結(jié)杲如圖3.9、3.10、3.11所示。根據(jù)圖3.9,可以看出在聚苯胺外表曾經(jīng)構(gòu)成了明顯的球型Pt顆粒,并且直徑在700-800nm之間,尺寸較大,數(shù)量較少。根據(jù)圖3.10,可以看出大量的聚苯胺纖維被覆蓋在Pt堆積層之下,僅有少量的空隙可以看見之下的聚苯胺纖維。根據(jù)圖3.11,可以看出大量的Pt堆積在聚苯胺外表,并且Pt堆積層中間存在較明顯的裂痕。.電化學(xué)循環(huán)伏安法電化學(xué)循環(huán)伏安法(cyclic voltammetry, C