在各类生物传感器中,葡萄糖传感器在食品,天津Au叉指电极、医药和生物等领域均有应用。据资料显示,到2030年,全球糖尿病患者达到5.5亿。在诊断及*****的过程中,葡萄糖浓度检测是必不可少的。现在检测葡萄糖浓度的方法主要有比色法、荧光法、色谱法和电化学法等,其中电化学法以便捷、操作简单、价格低廉等优势成为重要检测手段。电化学法一般采用的为叉指电极或三电极系列作为检测信号和电信号传输的工具,若采用体内葡糖糖检测,天津Au叉指电极,天津Au叉指电极,则需要采用柔性电极。微间距叉指阵列电极为基础电极,结合酶的生物催化银沉积反应来放大分析信号。天津Au叉指电极
工作电极表面产生的氧化还原,并在电压的作用下进一步电离得到游离电子,上式为葡萄糖氧化还原反应的化学方程。葡萄糖氧化酶氧化葡萄糖产生葡萄糖酸和过氧化氢,过氧化氢的强氧化力,使氢离子不会还原成氢。电流使过氧化氢解离以获得两个自由电子。根据测得的电荷数,可以计算出葡萄糖浓度。实际应用中,不可避免存在微量的反应电流会流过参比电极,改变控制回路的电压,产生错误的测量结果。因为这种现象的存在,必须要恒电位电路来满足三电极稳定工作条件的这一特性。河北MEMS叉指电极硅基生物叉指电极已成研究热点。
叉指电极双电层来源于界面电荷,产生在固-液界面,由于其特殊微观结构与性质决定了固-液界面的性能。通过双电层理论人们可以得到表面浓度、浓度分布、吸附层与基地之间的电容值及变化率等电化学反应参数。此外,双电层间还有界面电场,该电场的距离非常小因而有较大的电场强度,并且能够极大的改变电化学反应速度,甚至使某些条件下难以发生或进行的化学反应可以得以实现。电容产生于电解质和电极表面界面上的离子和分子之间的相互作用,并与电极面积间接成正比。双层电容对测量装置施加了限制,增加了低频的测量误差,通过优化微电极的设计,以降低界面阻抗,并在较低的频率范围内扩展微电极的有效频率探测范围,首先是消除界面现象的影响,然后提高微生物测量的灵敏度。
为保证叉指电极的良率和性能,所有工艺步骤均在超净间内完成,采用剥离工艺进行电极制作。首先,利用热氧化生长500 nm 二氧化硅硅片以确保衬底的绝缘性。将硅片用乙醇、超纯水超声清洗,并氮吹干燥保证表面洁净。然后旋涂光刻胶,前烘后进行光刻,其中不同尺寸的叉指电极选用不同尺寸的掩膜版。在光刻、显影将电极图形转移至二氧化硅衬底后,用氧等离子体刻蚀去除残胶。然后电子束蒸发沉积一层 10nm/70nm 的Cr/Au,其中Cr为金电极的黏附层。依次在乙醇、超纯水中进行超声清洗,完成剥离后切片即得到叉指电极传感器。借助微纳米加工技术,可根据功能要求设计并制备出具有良好性能的微纳米化结构、器件和装置。
叉指电极制备方法包括四个步骤:(1)衬底清洗。首先需要对基片进行清洗,本工作中所用二氧化硅硅片在购得洁净硅片的基础上,再依次进行乙醇、去离子水的超声清洗。 (2) 光刻。光刻是一种将掩膜版上图形转移到衬底表面的技术,在大规模集成电路制造中有应用,其主要利用紫外光照射光刻胶使其化学性质改变,然后去除相应光刻胶,得到掩模版上的图形,进而作为后续工艺的掩模。(3) 薄膜沉积。主要包括物理方法和化学方法沉积。(4) 剥离(lift-of)。剥离是在衬底上进行薄膜沉积后,通过去除光刻胶的方法使附着在光刻胶上的金属脱附,直接沉积在衬底的金属被保留,形成电极图形。剥离工艺的优势是操作简单、成本低廉,而且去胶过程中不会对衬底产生刻蚀损伤。对医用叉指电在低成本、可设计、柔性化等方面等提出更高的要求。天津Au叉指电极
叉指电极可用于检测食源致病菌,食源致病菌通常直接或间接污染食物或或饮用水。天津Au叉指电极
高分子材料、单独的Si3N4、SiO2/Si3N4/SiO2的复合层常作为钝化层的可选材料。光刻胶和聚酷亚胺是光敏感的材料,能够在紫外光曝光下形成掩模板所设计的图形,以暴露金属电极位点。这些材料具有较低的介电常数(低于2.7)和良好的生物相容性。相比之下,高分子材料的钝化层厚达几微米,容易受到化学腐蚀,清洗的时候容易碎裂,减短芯片的寿命。硅化合物采用等离子增强型化学气相沉积(PECVD)方法沉积在已经形成电极,引线图形的金属层上,并采用刻蚀的方法将金属电极位点暴露。SiO2/Si3N4都具有绝缘特性,其介电常数分别为7.5 和3.9。在金属-氧化硅-硅的结构中SiO2不能有效地阻止离子的通过,因此较少单独用来做钝化层。SiO2/Si3N4/ SiO2的复合层结合了 Si02的绝缘性和Si3N4阻止离子通过的特性,是钟化层的较好的选择。单独的Si3N4则简化了加工的过程,但需加厚。在本实验工作中,采用单独的Si3N4钝化层,厚度为800-1000nm,能达到良好的绝缘作用。天津Au叉指电极
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