丝网印刷和薄膜电极

丝网印刷电极和薄膜电极使电化学检测在日常生活中的分析,尤其是护理点测量中变得非常有趣。测量设备和电极都可以小型化,便于携带。其结果是定量的,当大量生产时,电子器件的价格会变得非常便宜。

商用生物传感器

然而,要让没有电化学知识的人也能使用这种产品,就必须省去重复使用电极所涉及的所有繁琐的准备和清洁步骤。这就是近年来一次性测试传感器变得越来越重要的原因。对于一次性传感器来说,特氟龙外层的金圆盘过于昂贵。另一类电极更适合这一目标。

沉积在表面上的平面电极是最新的商用生物传感器。这些电极又分为两类:薄膜电极和印刷电极。

薄膜电极

图 1 交互式金电极(Micrux)

薄膜电极是通过在覆盖有某种掩膜的表面上进行金属沉积而制成的。掩膜只暴露出金属中需要填充金属的部分。金属沉积的方法是在真空中加热金属源,同时掩膜样品存在。如果需要在同一个传感器上使用不同的金属,例如需要使用金 WE 和银 RE,则需要使用不同的掩膜和清洁工艺,以确保金和银不会沉积在同一个表面上。因此,用这种方法生产的大多数传感器的 WE、CE 和 RE都来自同一种金属。

图 2 | 从图 1 中的电极放大观察相互咬合的区域

这些电极的优势在于,掩模是通过光刻技术制作的,可以制作出非常小的结构。例如,可以在 1 平方毫米的面积上制作出有几十个工作电极的 DNA 芯片,也可以制作出交错电极。交错电极总是成对的。每个电极看起来像一把梳子,它们的排列方式是每个齿位于另一个电极的两个齿之间。在这种设置下,物种在两个电极之间循环,这种行为会放大信号。

图 1、图 2 和图 3 展示了薄膜电极的一些实例。

图 3:带有一个工作电极、计数电极和参比电极(BVT)的系统

丝网印刷电极

丝网印刷电极 (SPE) 的主要区别在于电极的材料。薄膜电极由纯金属制成,而丝网印刷则使用浆料或油墨来制作传感器。在空支架(例如聚酯薄膜)上方放置一个带掩膜的网罩,但不接触支架。将油墨涂在网罩上,然后用刮板在网罩上移动,将浆糊压过模板,并在网罩和支架之间形成接触。浆糊留在支架上。随后是干燥步骤。干燥步骤可以包括加热,特别是对于水基油墨。每种不同的浆糊也需要不同的掩膜,这与薄膜方法相同,但由于无需真空,所需设备的价格较低,而且根据干燥步骤的不同,程序也会更快。

油墨通常包含导电材料,例如金属颗粒或碳化合物、一些分散剂以及其他添加剂、聚合物粘合剂和溶剂。对于结果而言,成分及其比例非常重要。其结果通常比传统电极粗糙,导电性较低,但生产成本较低,特别是在大规模生产中。由于使用不同的材料比生产薄膜电极更容易,丝网印刷电极通常由不同的浆料制成 WE、RE 和 CE。

对电极由碳浆制成,因为碳浆比金属浆便宜。参比电极可以用银浆与氯化银混合制成,从而获得稳定的参比电极。

图 4 单一传感器(ItalSens)

薄膜或丝网印刷电极的单价随着电极生产数量的增加而降低,这是因为最昂贵的部件是只需生产一次的掩膜。由于价格低廉,这些电极可作为一次性使用或一次性电极生产。因此,在测量结束后,可以省去清洁电极的任何步骤,因为电极是一次性的。如果电极有专用用途,生产商可以完成大部分准备工作。

所有这一切都使得开发没有电化学背景的人也能操作的电化学应用成为可能。最好的例子就是糖尿病患者使用的血糖测量仪。

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丝网印刷和薄膜电极
丝网印刷和薄膜电极适合大规模生产,用途广泛,价格便宜,易于操作。没有电化学知识的用户也可以使用它们。