又指電極傳感器誕生后發(fā)展非常迅速,首先是制作方法種類多樣,諸如納米壓印、絲網(wǎng)印刷、剝離以及電鍍,這些加工方法因各自的不同優(yōu)勢而被用于電極制作上。而它的檢測方法同樣靈活、多樣,可以利用前處理后結(jié)合叉指電極進(jìn)行檢測,也可以修飾抗體作為敏感層進(jìn)行生物特異選擇完成無標(biāo)記檢測,同樣也可以用特殊化學(xué)物質(zhì)作為敏感層進(jìn)行特異選擇,為了增強(qiáng)其靈敏度可以在電極表面進(jìn)行納米材料修飾以增大比表面積。叉指陣列微電極的靈敏度,在檢測中的選擇性以及金電極自身的導(dǎo)電性能以及偶聯(lián)識(shí)別抗體的能力仍然是它在食品、環(huán)境安全檢測等應(yīng)用中尚需解決或優(yōu)化的問題,綜上所述我們?nèi)孕枰嵘嬷鸽姌O的靈敏度,賦予其選擇性,以及對(duì)電極本身的微觀結(jié)構(gòu)、宏觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化使得叉指電極能更好的應(yīng)用到檢測中。叉指電極包括基底和電極兩部分,基底材料一般選用硅、石英或玻璃等半導(dǎo)體材料。濟(jì)南叉指電極樣品
叉指電極性能的影響因素主要有兩部分,一部分是電極構(gòu)成材料,主要材料有金、銀、ITO 等,金、銀電極性能較好,但是其價(jià)格較昂貴,性價(jià)比較低,而ITO電極不僅成本低,而且性能也不錯(cuò),是目前叉指電極研究較熱的材料。另一部分影響因素則是電極結(jié)構(gòu),主要有叉指數(shù)、指長、指寬比、指間距以及電極厚度等,這些參數(shù)都會(huì)給傳感器的檢測效果帶來很大影響。用電化學(xué)方法在叉指電極上沉積納米 ZnO,隨后將鏈酶親和素修飾在納米 ZnO 上,并將生物素化的球菌抗體固定到傳感器的表面。陶瓷叉指電極仿真生物電極薄膜要求具備結(jié)合力強(qiáng)、表面致密性好、導(dǎo)電能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
叉指電極主要是基于兩電極體系(工作電極和對(duì)電極)和三電極體系(工作電極、對(duì)電極和參比電極) 兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行研發(fā)的。三電極與兩電極結(jié)構(gòu)主要區(qū)別在于微電極傳感系統(tǒng)是否包含參比電極。兩電極體系隨著電極表面持續(xù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),工作電極的電位產(chǎn)生偏移,電極上的電流始終在變化,此時(shí)就難以控制實(shí)驗(yàn)的條件,既要實(shí)現(xiàn)控制電壓又要測量電流就會(huì)使系統(tǒng)變得十分不穩(wěn)定,導(dǎo)致傳感器的性能下降。三電極體系中,工作電極是主要的研究和操作對(duì)象,通過電極表面的固化酶氧化還原產(chǎn)生電流以實(shí)現(xiàn)工作電極的極化。參比電極用來為工作電極提供基準(zhǔn)電壓,由 Ag/AgCl 制成,對(duì)電極使用惰性金屬鉑制成,這種兩種電極都不會(huì)被極性化,因此不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)中的電流。
在電化學(xué)生物傳感器中,由相對(duì)交叉排列的微叉指電極之間產(chǎn)生一個(gè)平行板電容場,由打開的電極,向被測材料提供單邊測試區(qū)域,兩電極板和之間產(chǎn)生電場線。叉指電極原理為,傳感器產(chǎn)生的電場線穿透到被測物中并改變傳感器的阻抗,由于傳感器表現(xiàn)為電容,容抗則成為系統(tǒng)性能的函數(shù)。因此,通過測量被測物對(duì)傳感器的電容電抗,可以評(píng)估系統(tǒng)的性能。由于叉指傳感器的電極是共面的,因此被測電容會(huì)給出很高的信噪比,為了獲得較強(qiáng)的信號(hào),該傳感器的電極重復(fù)平面陣列。電化學(xué)叉指電極是一類以微生物作為識(shí)別元件的生物傳感器。
叉指電極雙電層來源于界面電荷,產(chǎn)生在固-液界面,由于其特殊微觀結(jié)構(gòu)與性質(zhì)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(xué)反應(yīng)參數(shù)。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(qiáng)度,并且能夠極大的改變電化學(xué)反應(yīng)速度,甚至使某些條件下難以發(fā)生或進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)可以得以實(shí)現(xiàn)。電容產(chǎn)生于電解質(zhì)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(duì)測量裝置施加了限制,增加了低頻的測量誤差,通過優(yōu)化微電極的設(shè)計(jì),以降低界面阻抗,并在較低的頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展微電極的有效頻率探測范圍,首先是消除界面現(xiàn)象的影響,然后提高微生物測量的靈敏度。隨著微納技術(shù)的發(fā)展,致力于更小、更輕便、功耗更低的生物電極的制作。石家莊Au叉指電極
叉指電極導(dǎo)電材料的銀是所有金屬材料中導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性較好的材料。濟(jì)南叉指電極樣品
柔性襯底電極主要采用絲網(wǎng)印刷工藝進(jìn)行制備,再經(jīng)低溫固化即得成品,用于采集生物電信號(hào)的傳感器。目前常使用的柔性基底材料主要有聚二甲基硅氧烷(PDMS),聚對(duì)苯二甲酸乙二醇(PET),聚亞胺(PI),聚丙烯(PP) 或聚氨基甲酸醋(PU) 等。影響柔性襯底電極性能的因素主要有電極漿料的配比,導(dǎo)電聚合物的組成,電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),低溫固化的溫度及時(shí)間等。具有設(shè)計(jì)靈活、小巧輕便、結(jié)構(gòu)簡單、制備簡便,成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。低溫固化型銀漿一般是由片狀銀粉、球狀銀粉(含量較少,一般為控制滑移添加保障電學(xué)性能)、有機(jī)溶劑(稀釋劑)、樹脂(一般為環(huán)氧樹脂)、固化劑以及部分助劑組成。濟(jì)南叉指電極樣品
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