由于金属层中,电极位点和细胞及其培养环境直接接触,因此它的生物相容性,电化学特性等都是材料选择中需要考虑的。在已有的工作中,主要有金(Au)、铂(Pt)、铱 (Ir)、氧化锡(ITO)等稀有金属被采用为金属电极材料。它们具有良好的物理和化学稳定性,采用溅射或蒸发的工艺可沉积到基底[,安徽叉指电极研发,并刻蚀出金属层的电极、引线阵列。ITO 电极在是一种透明的半导体材料,成功检测到了神经细胞的电生理信号并能观察到其生长过程,但是信号信噪比较低,因此较多采用为引线的材料。相比之下,Pt 具有较高的交换电流密度;Au 具有较好的延展性;Ir则较难加工,因此Au 和Pt在叉指电极加工中采用的多。在加工时,为了增强金属层的粘附性,安徽叉指电极研发,需要先在基底上溅射或蒸发粘附层,通常采用 Ti,安徽叉指电极研发,TiW,Cr 等材料。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。安徽叉指电极研发
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。山东叉指电极仿真叉指电极导电材料的银是所有金属材料中导电性与导热性较好的材料。
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。
柔性叉指电极稳定性好,灵敏度高,表面空间电场特性好,生物相容性好,在可穿戴领域、电子皮肤和生物测试领域应用。柔性电极因具有阻抗低、快速建立稳态信号、信噪比高等优点,常被用作与生物非均匀体系接触的媒介和信号转换器。柔性叉指电极可嵌入衣物、贴附皮肤等方式感知外部环境。柔性电极是指可以承受弯曲、扭转、拉伸、折叠等形变,并且在形变状态下依然能够正常工作的电极材料。其特点是具有高导电性、高柔韧性、使用上的耐久性等。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。
电极结构是影响传感器性能的重要因素之一,电极的结构参数包括形状、指宽度、间距、指长、厚度,指对数、指宽比和电极表面的状态,即是否有功能化修饰等。电极厚度对信噪比影响明显,但指数对其影响极小,减小电极宽度和间距可以提高信噪比。被测对象的形态和在传感器表面的分布状态也是设计微叉指电极结构的考虑因素,有研究发现电极间距约为细胞直径的4倍时传感器有较好的灵敏度,在一定范围内增加电极的厚度、减小宽度也能提高传感器的精度。细胞与电极的相对位置也影响测量灵敏度,这种客观的影响因素为微流控技术在微又指电极传感器_上的应用提供了机遇,微流控技术可以控制被测细胞在微叉指电极传感器表面的位置分布。阵列酶标板和丝网印刷电极组成的电化学免疫传感装置。北京Pt叉指电极
硅基生物叉指电极已成研究热点。安徽叉指电极研发
对于柔性叉指电极,电极层的厚度和电极材料对失效形式也有较大影响。金属层较厚时,拉伸导致的机械损伤往往会令导体完全裂开,使得电流中断。相较而言,较薄的金属层在受到较大的拉应力时,虽然会在电极层中产生微裂纹,但这些裂纹不会从电极的一端延伸到另一端,虽然电极的阻值有所增大,但仍能够保持导电路径的连通。电极断路主要发生在柔性电极中,在反复拉伸、扭转、弯曲实验中电极容易发生断路现象,该种方式导致的电极失效时间与电极金属层材料和微观结构、电极金属层厚度以及电极金属层缺陷有很大关系。安徽叉指电极研发
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