微電極及其傳感應用

微電極及其傳感應用

微電極是電分析化學的一門新技術(shù)。微電極也稱超微電極，通常是指其一維尺寸小于100μm，或者小于擴散層厚度的電極。實驗表明，當電極的尺寸從毫米級降至微米或納米級時，它呈現(xiàn)出許多不同于常規(guī)電極的特點，如：（1）電極表面的液相傳質(zhì)速率加快，以致建立穩(wěn)態(tài)所需的時間大為縮短，提高了測量響應速度；（2）微電極上通過的電流很小，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）的伏安測量中，可以不考慮歐姆電位降的補償；（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）微電極幾乎是無損傷測試，可以應用于生物活體及單細胞分析。微電極的基本電化學性質(zhì)歸納起來主要有以下幾個方面：1.容易達到穩(wěn)態(tài)電流2.微電極的時間常數(shù)很小3.適用高阻抗溶液體系微電極是60年代發(fā)展起來的并在電化學及電分析化學中顯示了廣闊的應用前景。隨著電化學及微系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的迅猛發(fā)展，微電極在生物電化學，能源電化學，光譜電化學，毛細管電泳-電化學檢測系統(tǒng)，生命科學及所涉及的相關(guān)學科如生物學，細胞生物學，免疫學，環(huán)境分析與監(jiān)測等各個領(lǐng)域被廣泛使用。尤其是在新興的納米技術(shù)和基因工程中占有很重要的地位。微電極的類型隨著納米技術(shù)、微系統(tǒng)及機械加工技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，使制造微小電極成為可能。目前研制的微電極已由微米級向納米級發(fā)展，微系統(tǒng)中所用的微電極已可達到納米級。在近年來發(fā)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等有機大分子進行測定、還可以對痕量金屬離子進行測定，測定數(shù)量可達20余種。根據(jù)微電極的制作材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，粉末微電極。根據(jù)微電極的形狀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極和微流動電極，組和式電極，納米級圓盤-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、和超微電極。超微電極是指電極尺寸為10-4cm或10-7cm的一類電極。超微電極具有常規(guī)電極無法比擬的優(yōu)良電化學特性，已成為電化學研究中最有發(fā)展前景的一個重要分支。微電極的制作微電極的制備直接影響著電化學分析測試的分辨率、靈敏性、準確性和可重復性，從而制約和限制著超微電極電化學學科領(lǐng)域的發(fā)展。關(guān)于超微電極的具體制備方法在專著和文獻中已有報道。為此著重介紹目前實驗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修飾。超微圓閘盤電宮極的第構(gòu)造王和制個備較松其它討超微電完極相變對簡丸單，早期采用考熔焊榮法、饅膠粘尚法兩買種進澇行制備。組歷合式窯超微漢圓盤找電極分的制鏡備直植接運即用了嬸膠粘法蛛，包想括兩個染步驟:1徹.將鉑、泡金、工碳的嚴超微錘金屬彈絲仔細地等苗距排僑列在倘絕緣擋體表面，撫并用環(huán)氧撒樹脂競等粘合費劑進行乳固定棕并膠合猛；2.待固化后，鄭一端進行研磨、機劇械拋稼光處熱理以巴作電紙極表面膀，另一端車用金單屬導線利用勉銀導淺電膠儀聯(lián)接程引出戀。超微封盤電棵極隨著弟技術(shù)屬的發(fā)展燥，微遷盤電極丈的制稈備中恰出現(xiàn)溝了等尼離子野轟擊泊法和礎(chǔ)刻蝕-涂層刑法。騎超微碳嘴纖維妥圓盤嚷電極鹿的制脂備則仆結(jié)合因了熔焊、膠抹粘和栗刻蝕瓶三種冤技術(shù)射。常擺把超禁微碳階纖維掃與銅絲焊接,用環(huán)滑氧樹極脂粘俊合劑匹封入旅玻璃毛細壇管，筐露出懷電極沖尖端箱，在煤氣匙燈下置將毛死細管宜尖端揮燒融丹使碳品纖維頓密封貪于毛贊細管內(nèi)，構(gòu)將碳纖叛維在勸煤氣川燈上榜繼續(xù)進行火焰蝕刻埋，制己得圖1所示的成超微剃碳纖蒼維圓盤展電極。超微陣明列電候極是榨指由淚多個么單超宣微電等極組船合形成集合電極電，在降低害信噪燙比、績提高央測量仔靈敏姨度的基礎(chǔ)碗上，拍不僅獲得鞭了n倍單郊一超淘微電定極的電流適強度(n為電倦極數(shù)沉目)，而壺且保持炭著單腸一超豪微電犁極的優(yōu)良特性付。當父前陣志列電慈極的燒制備咐技術(shù)史主要重有模板冶法、光脆刻法遼兩種頌。模繳板法穗又可瓜分為趙電沉奇積法方和化學鍍(非電釘鍍)法，元即分別弊采用曬電沉夠積和窯化學常鍍的方法所在模攝板上懼獲得虜特定拜納米腐結(jié)構(gòu)興材料鄙。超微美陣列奶電極納米河微陣列電極售作為扁陣列存電極想研究辭中的駝新發(fā)展抱，孫畜冬梅品等通過押電沉節(jié)積納問米Pt粒子眉于多招孔氧鴨化鋁號基板上，習制備出了陷納米廊陣列已鉑電斑極。Or睬oz耗co等通過歇在超微金電淚極陣努列(U標ME投As訊)上電苗沉積落納米Au粒子(G殃NP業(yè)s)，再以自抄組裝(S委AM昌)形式搞將辣根招過氧周化物親酶(H平RP豎)固定聞于沉稍積后身的電蜂極表面紗，成華功研制出納米超器微陣含列金蒜電極餅傳感芒器。光刻仰法作傅為一玻種現(xiàn)代的電盛極制挎?zhèn)浼夹g(shù)芝，表末現(xiàn)出廣鄭闊的亦應用前景顏，可姓以利驗用它在鋼一定嶄基底朵上沉竭積出優(yōu)圖形蜂化的未金剛勢石薄膜群，制蠢備出摻育硼金票剛石叮超微從陣列瘋電極(D-窄UM讀EA漠s)，其具體病的制令備步耍驟(如圖2所示)此外認，Be魂rd積on諸di鐮ni等用幾乎瘋同樣愛的方纏法成地功制備找出了高幻玉密度Pt微電親極陣沙列(H紀D-拾ME必As)，如圖3所示。Fi污er邁ro等也以相帥同的慢思路唇研制閃出了二辮氧化廈銥(I貧rO守2)微電訓極陣犯列(T所OI鴿RO午F-阿ME恰As)，并勢進一驢步將表嘆面積0.橡54田mm2的Ir電極嬸和由5個直徑5μm的微喬盤電匪極組榮成的TO抵IR擱OF鉛-M致EA便s整合泥，制攪作成了橫育截面扔積2的銥微回型芯劑片。微電叮極在劉傳感脖器中躬的應挑用傳感塊器（任英文伸名稱歸：tr虎an抗sd向uc俱er環(huán)/s晃en宅so飯r）是一蚊種檢孩測裝候置，抗能讀尚取測身量物的信吊息，并百能將容讀出踐的信才息，漏以一蒜定規(guī)如律的索變換偏成電暗信號蠢或者座其他涂形式匪的信宵息輸悅出，而能夠強滿足留這些企要求讀，如宰信息碌的傳賤輸、絹處理房誠、存嫁儲、鍋顯示茶、記落錄和拌控制耗等。株另外，它是實駐現(xiàn)自租動檢烏測和批自動泛控制繩的主亞要環(huán)節(jié).而微傳改感器第是發(fā)謠展起表來的曠新一捕代傳感秀器，它奔基于津半導基體工鏈藝技婆術(shù)的蝕器件濁，應濟用的熄是新貌的工揉作機展制和調(diào)物化合效應豪，采銅用的材選料與標漢準半權(quán)導體違工藝截兼容抵的，傾采用自微細籮加工銳技術(shù)天制備寺。微猾傳感擇器特奸點是鐮微型菌化、易雅集成、智救能化吊、低徑功耗域。微電明極在敏生物匆傳感棍技鵲術(shù)中扇中應際用Vi粥vi年er等用Na勺fi司on薄膜許修飾覽填滿MnO2粉末的空搞穴微拐電極(N姜af得io盛n/Mn蔽O2/M輩E)制備缸成電位番型pH傳感支器，倡研究了它桐在酸計、堿勺性溶得液中歉的電氣位-p潮H響應飛，曲歌線斜率華接近60赤mV?pH-1；在pH皂=2疤~1使2范圍事內(nèi)對H+有能斯袖特響應學，且響應阻時間涼短、選擇洪性高。低電化學學生售物傳晉感器疤是以捕生物扮活性史物質(zhì)為傳哄感基元翻、以憑工作爸電極遇為信號壩轉(zhuǎn)換役器，勉以電勢嘴、電流或阻漏抗等把為特舌征檢侍測信湊號的生物蕉傳感秧器。Wu等將Pt納米逐粒子執(zhí)修飾溉到超惡微碳抵纖維電極(P旱t/漆CF鋒UM致E)表面稍，再以辣羊根過丑氧化膜酶(H態(tài)RP片)為酶根底，熱研制了對湊安培肯檢測H2O2具有較好倚電催?；€原響應略的生物新傳感信器，堡對H2O2檢出鏟限為0.斃35μmo修l/叢L(滲S/吐N=閘3)。Zh檔u等通姐過電聚究合制備了基捕于多燦層叉足指型爐超微景陣列鼠電極冶的吡跑咯-葡萄近糖氧化船酶(P絕Py尤/樣GO米x)生物鼻傳感箭器,靈敏闖度達13禽.4眠nA/(瞇mm門ol援/稠L)。Ra繩hm給an等研懷制了新暫型徑向微陣互列電世極生物餐傳感匹器，測對直接廉培養(yǎng)鏡在微陣列支電極表面租的人腰體臍膚靜脈災內(nèi)皮治細胞(H俘UV胡EC耳)進行勞了測慨試，其阻抗場分布拖在12毅.5晨kH逮z~希50搏0k甚Hz高頻范圍之內(nèi)，疊得到電動干共振提頻率認和共灰振電梁容值灰分別為52門.5kH帽z和25睬F番/cm2。納米纏鉑修掠飾的秘聚苯材胺薄頭膜基譜底研究及其在葡唱萄糖朋傳感耍器中朱的應惕用聚苯輩胺的稱表征納米軌鉑摻府雜聚泳苯胺織薄膜抓的表涂征對摻雜監(jiān)修飾獨過的司聚苯戚胺薄鏡膜進安行能譜分天析納米當鉑摻僵雜聚磚苯胺葉薄膜詞的電糞化學CV表征為方材便起怠見,在此馳節(jié)將-0炒.6園2V電壓封下電訴化學輔摻雜論鉑顆腫粒聚賊苯胺詢薄膜SE絡(luò)M圖像稱為A型薄蹄膜;將-I鍵V電壓醫(yī)下電煩化學乘摻雜塘鉑顆翼粒聚路苯胺淘薄膜SE話M圖像越稱為B型薄膜;將-1牽.5塑73出V電壓凱下電稍化學種摻雜奔鉑顆惕粒聚慮苯胺裕薄膜SE災M圖像艱稱為C型薄帖膜。在PB啊S標準趴溶液愧中對駐這3種不確同類錄型的止薄膜犧以10轎mV毒/S的速柔率在0-熄1V范圍弱內(nèi)進行循環(huán)塌伏安侍掃描娘。所掏得結(jié)傅果如浸圖3.敞8所示,B類型筐薄膜奶在掃伴描7圈內(nèi)愚迅速填達到穩(wěn)定。與筋之相蕩對應庫的,A、C兩種厘類型忘薄膜奪達到葛穩(wěn)定雨均需盟要大勤于30圈CV掃描女的時間。該初結(jié)果脈說明B類型僻薄膜廳具有渡較好侍的電浙化學悶穩(wěn)定鑒性。納米淋鉑摻燙雜聚炊苯胺搞薄膜許形貌腥改變乘機理習研究從圖3.乎4-圖3.脖6,可以五看出墳在這3個特揮定電位壓下階能夠小形成詞具有堂不同確形貌較的納米螞鉑修飾店聚苯壺胺纖蘇維薄閑膜。郵針對父這一棄現(xiàn)象,分別寇在-0屢.8歷V電位珠以及-1奔.2倦V以及-1.姿7V電位進行網(wǎng)恒電攜位納寧米鉑寧顆粒轉(zhuǎn)摻雜迅實驗池。所榆得結(jié)獎杲如預圖3.既9、3.科10、3.象11所示螞。根據(jù)疲圖3.諒9,可以活看出典在聚富苯胺笨表面齊