光刻技术与电化学相结合的叉指微电极制备工艺研究

将光刻技术与电化学技术相结合,以AM175型光敏胶为光刻材料,以氧化铟锡(ITO)导电玻璃为基底,摸索与控制实验条件,优化光刻过程的工艺实验参数,实现了共平面的20~200μm的叉指微电极制备.优化的关键工艺参数为365nm的紫外光曝光时间2s,超声清洗7s,碱液Na2CO3浓度为1.5%.以6mol/L HCl溶液为腐蚀液,-2.5V的恒电位法腐蚀裸露ITO40s.采用原子力显微镜(AFM)测定微电极的导电层厚度约为160nm,表面粗糙度~2.5nm.该制备方法操作简单快速、腐蚀效果好、侧蚀程度小等优点.

基于COMSOL Multiphysics的叉指微电极细胞传感器仿真研究

叉指微电极阻抗传感器具有快速、准确检测生物非均匀体系中细胞含量的优势。针对牛奶中体细胞含量准确检测难的问题,在COMSOL Multiphysics仿真软件AC/DC模块下的电流接口中构建了以石英玻璃为衬底,指厚100 nm,指长1 mm,指宽分别为10、20、30、40、50μm的A、B、C、D、E 5个三维金叉指微电极模型。对传感器进行了电场的仿真研究,比较了5个不同电极尺寸结构下的电场分布情况,并在频域信号下对5种尺寸的传感器加入不同细胞含量的牛奶样品后进行了仿真检测研究。结果表明,50μm的传感器结构最优,为实际的生物传感器的加工提供了很好的参考。

叉指微电极研究进展

叉指微电极因其微小的电极间距结构可用于各种小型化传感器。对于传统分析检测,包括色谱法、光谱法、质谱等方法,大多都需要昂贵的仪器和多种操作步骤,使得许多实际问题仍面临困难。开发高灵敏度、低成本,小型化的传感器尤为重要。本文综述了叉指微电极的研究进展,重点介绍了基于叉指微电极的传感器在各领域的广泛应用。

基于叉指阵列微电极的阻抗免疫传感器研究进展

叉指阵列微电极(Interdigitated array microelectrodes,IDAM)具有检出限低、灵敏度高和信噪比好等优点,近年来在分析化学领域引起了极大的关注。阻抗免疫传感器将IDAM与免疫测定技术相结合,通过抗原抗体的特异性反应引起IDAM之间介质的阻抗变化实现对目标物的检测。本文分析了IDAM的特点、制作材料以及电极设计参数对系统检测性能的影响,评述了IDAM阻抗免疫传感器的工作原理、等效电路分析,综述了IDAM阻抗免疫传感器在食品安全分析和临床诊断领域中的应用,并讨论了目前研究中存在的问题及其发展趋势。

用于细胞检测的叉指微电极阻抗传感器研究进展

叉指微电极传感器具有体积小、成本低、响应快、灵敏度高、操作方便等优点,在细胞检测方面有广泛的应用。对近几年用于细胞检测的叉指微电极阻抗传感器的研究进行了综述。重点介绍了叉指微电极的不同结构、尺寸和表面修饰等对检测精度的影响,对叉指微电极细胞阻抗传感器的不足进行了总结,并对未来的发展进行了展望。

双螺旋线微电极及其在蛋白质芯片上的应用

纳米叉指电极在应用到蛋白质芯片免疫检测中时,由于指端效应和扩散场不连续性造成测量的不稳定,针对此问题,提出一种双螺旋线微电极的设计思路和方案,推导了该电极的稳态扩散电流方程.与叉指微阵列电极相比,双螺旋线微电极具有电场连续、扩散电流特性良好、所占面积小等优势,有利于微型化发展,特别在纳米尺寸时其优点更为明显.在此理论分析基础上,设计实验将双螺旋线微电极应用到蛋白质芯片免疫反应电测中,并采用自组装的方法将金纳米粒子-抗原-抗体复合体和双螺旋线微电极匹配形成三维纳米网络结构,形成一种近似于“半导体”效应的“生物放大”机制,从而提高检测灵敏度.实验结果表明,该设计方案可测量低浓度(10-10g/mL)的抗原,为蛋白质芯片直接电测技术提供了一种可行的途径.

碳纳米管气敏传感器微电极的制备与检测

基于参数优化设计了一种电场分布合理的叉指微电极结构,利用光刻技术在ITO表面成功制备了最小指间距约为4μm的叉指微电极,为微电极制备提供了一种可靠、低成本的制备方法。将这种微电极用于碳纳米管气敏传感器中,并利用氨气对其气敏特性进行测试,结果表明,纳米材料修饰的微电极气敏传感性能得到了明显提高。

基于阻抗检测微传感技术的皮肤渗透性评估方法

基于宏电极的单频皮肤阻抗测量是利用阻抗进行皮肤渗透性研究的传统方法之一,其存在误差大、灵敏度低且不易于设备集成的缺点。由此,该文通过分析皮肤的分层生理结构以及皮肤渗透性与角质层(SC)阻抗的关系,设计了基于柔性非对称叉指微电极的皮肤阻抗传感器,构建了RCW分层阻抗模型,实现了对人体角质层阻抗的检测分析。实验结果表明,传感器输出的阻抗模值msdZ(100)和scR模型拟合参数可用作表征皮肤渗透性的重要指标。该方法可用于区分不同个体的皮肤渗透性,为人体生理生化检测相关的可穿戴设备参数调节提供依据。

检测禽流感H5亚型病毒的阻抗型免疫研究

研制了一种可用于H5亚型禽流感病毒快速检测的阻抗型免疫传感器。通过蛋白A将H5N1表面抗原血凝素(HA)的单克隆抗体固定于金叉指阵列微电极表面,并与待测溶液中的目标抗原H5N1进行免疫反应。在[Fe(CN)6]3"/4"溶液中进行电化学阻抗谱扫描,表征电极的表面修饰及抗原捕获过程。当H5N1病毒浓度在21～26 HA unit/50μL范围时,其浓度的对数值与叉指阵列微电极的电子传递阻抗的变化值呈线性关系,相关系数为0.9885;检出限为20 HA unit/50μL,检测时间为1 h。此传感器特异性好,灵敏度高,可以重复使用,在病原微生物快速检测领域具有良好的应用前景。

免疫磁分离技术结合阻抗测量法快速检测禽流感病毒

采用免疫磁分离和阻抗测量技术联用的方法,实现了对禽流感H5亚型病毒的特异性快速检测。将偶联生物素的H5抗体固定于链霉亲和素修饰的纳米磁珠表面,制备成免疫磁珠,用于样品中禽流感H5N1病毒的分离和浓缩。使用金叉指阵列微电极测量样品阻抗,在特征频率(100 kHz)下,阻抗模值随样品中H5N1病毒浓度增加而增大。研究了抗体浓度、免疫反应时间和磁分离时间对阻抗信号的影响,结果表明,在优化的实验条件(抗体浓度0.25 g/L、免疫反应时间60 min、磁分离时间3 min)下,纯病毒样品和拭子样品中H5N1病毒浓度分别在2!1～24HA unit/50μL和20～24HA unit/50μL范围时,病毒浓度对数值与阻抗信号值呈线性相关关系,检出限分别为0.5 HA unit/50μL和2 HA unit/50μL。

检测病原菌的阻抗生物传感器系统设计

为了快速、准确地检测食品中有害病原菌的含量,设计了一种能够快速、定量、即时地检测出食品中多种病原菌的阻抗生物传感器系统。系统以STC89C52单片机为核心,使用键盘输入被测物种类,蛋白A修饰叉指微电极,应用电化学阻抗分析测量病原菌在不同浓度下的阻抗值,经过阻抗电压转换电路、电压放大电路、A/D转换等信号处理,最终通过LCD显示出病原菌浓度含量,若病原菌含量超限则报警。该系统能定量检测出多种病原菌的含量,并可实现含量的LCD显示和超限报警。该系统采用软、硬件模块化设计方法,结构紧凑、成本低、分析速度快、灵敏度高。

介电电泳细胞分析芯片结构设计及富集效率优化

为了研制高富集效率的介电电泳细胞分析芯片,首先从介电电泳力出发,推导了悬浮细胞所受的介电电泳力公式。通过对比常规微电极的电场强度分布,选择叉指式阵列微电极构建介电电泳芯片;通过模拟不同结构参数下微通道中的电场分布对芯片结构参数进行优化设计。针对Hep G2肝癌细胞,分别分析了细胞受介电电泳力、流体力以及重力作用下的运动情况,获得了Hep G2肝癌细胞富集的初步优化条件。为了对模拟结果进行验证,采用微加工技术制作了介电电泳细胞分析芯片。以Hep G2肝癌细胞为待测样品,当芯片所施加正弦交流电压为5 V,频率为4 MHz时,获得了88.89%的富集效率。

介电电泳细胞分析芯片结构设计及实验研究

为了研制高富集效率的介电电泳细胞分析芯片,首先从介电电泳力出发,推导了悬浮细胞所受的介电电泳力公式.通过对比常规微电极的电场强度,选择叉指式阵列微电极构建介电电泳芯片模型,对不同结构参数下微通道中的电场分布进行模拟,由此对芯片结构参数进行优化设计.为了对模拟结果进行验证,采用微加工技术制作了介电电泳细胞分析芯片.以HepG2肝癌细胞为待测样品,当芯片所施加正弦交流电压为5V,频率为4MHz时,获得了88.89%的富集效率.

微电极阵列在食品分析等领域的应用研究进展

在微电极基础上发展起来的微电极阵列具有优良的电化学性能及制备工艺简单、可扩展性强及无损检测等加工和应用性能,因而已成为电化学领域一个新的研究热点。主要综述了MEA在环境检测、生物医学和食品分析等方面的应用研究进展,并讨论了其目前形势和未来的发展趋势。

基于三维纳米银修饰电极的硝酸根微型传感芯片研究

研制一种基于金叉指微电极阵列(IDA)的电流型硝酸根离子(NO-3)微传感电极芯片.基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)工艺制备金IDA微电极,通过电化学沉积技术在IDA微电极表面修饰三维枝状结构纳米银敏感膜,利用敏感膜对硝酸根离子良好的电催化还原性能,采用脉冲方波伏安(SWV)电化学测量方法,实现对硝酸根离子在25～1000μmol/L浓度范围内的快速检测,灵敏度达9.5 nA/(μmol/L),线性度为99.98%,检测下限为10μmol/L.考察水体中常见的NO-2,F-,3PO 4-,SO 42-,2CO3-,NH+4,Na+和K+等离子对该传感芯片的干扰性能,传感芯片表现出较好的抗干扰性能.制备的三维枝状结构纳米银修饰IDA微电极可实现水环境(pH 5.0～9.0)中NO-3的电化学检测,对应用于自然水环境中硝酸根离子的现场检测具有积极意义.