Siebgedruckte und Filmelektroden
Siebdruck- und Filmelektroden machen elektrochemische Nachweise sehr interessant für die Analyse im Alltag, insbesondere für Point-of-Care-Messungen. Sowohl die Messgeräte als auch die Elektroden können miniaturisiert werden, was sie tragbar macht. Die Ergebnisse sind quantitativ, und wenn sie in großen Mengen hergestellt werden, wird die Elektronik sehr billig.
Kommerzielle Biosensoren
Ein Produkt, das von Personen ohne elektrochemische Ausbildung verwendet werden kann, muss jedoch alle aufwändigen Vorbereitungs- und Reinigungsschritte, die mit der Wiederverwendung einer Elektrode verbunden sind, überflüssig machen. Aus diesem Grund haben in den letzten Jahren Einweg-Testsensoren an Bedeutung gewonnen. Eine Goldscheibe in einem Teflonmantel ist für einen Einwegsensor zu teuer. Eine andere Gruppe von Elektroden ist für dieses Ziel besser geeignet.
Flache Elektroden, die auf eine Oberfläche aufgebracht werden, sind die aktuellen kommerziellen Biosensoren. Diese werden wiederum in zwei Gruppen unterteilt: Filmelektroden und gedruckte Elektroden.
Film-Elektroden
Filmelektroden werden durch Metallabscheidung auf einer Oberfläche hergestellt, die mit einer Art Maske bedeckt ist. Die Maske legt nur die Teile des Metalls frei, die später mit Metall gefüllt werden sollen. Die Metalle werden abgeschieden, indem die Metallquelle in einem Vakuum erhitzt wird, während die maskierte Probe vorhanden ist. Sollen verschiedene Metalle auf demselben Sensor aufgebracht werden, z. B. wenn ein Gold-WE und ein Silber-WE gewünscht werden, müssen verschiedene Masken und Reinigungsverfahren angewandt werden, um sicherzustellen, dass Gold und Silber nicht auf derselben Oberfläche abgeschieden werden. Infolgedessen bestehen die meisten auf diese Weise hergestellten Sensoren aus WE, CE und RE aus demselben Metall.
Der Vorteil dieser Elektroden besteht darin, dass die Masken durch Fotolithografie erstellt werden und sehr kleine Strukturen geschaffen werden können. So können beispielsweise DNA-Chips mit Dutzenden von Arbeitselektroden auf 1 mm² oder ineinandergreifende Elektroden hergestellt werden. Interdigitale Elektroden sind immer Paare. Jede Elektrode sieht aus wie ein Kamm, und sie sind so angeordnet, dass jeder Zahn zwischen zwei Zähnen der anderen Elektrode liegt. Bei dieser Anordnung pendeln die Spezies zwischen den beiden Elektroden hin und her, und dieses Verhalten führt zu einer Verstärkung des Signals.
Die Abbildungen 1, 2 und 3 zeigen einige Beispiele für Filmelektroden.
Siebgedruckte Elektroden
Der Hauptunterschied zu siebgedruckten Elektroden (SPEs) ist das Material, aus dem die Elektroden hergestellt werden. Während Filmelektroden aus reinen Metallen hergestellt werden, werden beim Siebdruck Pasten oder Tinten verwendet, um einen Sensor herzustellen. Ein Netz mit einer Maske wird über den leeren Träger, z. B. eine Polyesterfolie, gelegt, ohne den Träger zu berühren. Die Tinte wird auf das Netz aufgetragen und ein Rakel wird über das Netz bewegt, um die Paste durch die Schablone zu drücken und einen Kontakt zwischen dem Netz und dem Träger herzustellen. Die Paste verbleibt auf der Unterlage. Es folgt ein Trocknungsschritt. Die Trocknung kann auch durch Erhitzen erfolgen, insbesondere bei Tinten auf Wasserbasis. Wie bei den Dünnschichtverfahren ist für jede Paste eine andere Maske erforderlich. Da jedoch kein Vakuum erforderlich ist, ist der Preis für die benötigte Ausrüstung niedriger und je nach Trocknungsschritt kann das Verfahren schneller sein.
Die Tinten enthalten in der Regel das leitende Material, z. B. Metallpartikel oder Kohlenstoffverbindungen, einige Dispersionsmittel sowie andere Zusatzstoffe, polymere Bindemittel und die Lösungsmittel. Für die Ergebnisse sind die Inhaltsstoffe und ihre Verhältnisse sehr wichtig. Die Ergebnisse sind in der Regel gröber und haben eine geringere Leitfähigkeit als klassische Elektroden, aber die Herstellung ist billiger, vor allem in der Massenproduktion. Da es einfacher ist, verschiedene Materialien zu verwenden als bei der Herstellung von Filmelektroden, werden bei Siebdruckelektroden häufig WE, RE und CE aus verschiedenen Pasten hergestellt.
Gegenelektroden werden aus Kohlenstoffpasten hergestellt, da sie billiger sind als Metallpasten. Referenzelektroden können aus Silberpaste hergestellt werden, die mit Silberchlorid gemischt wird, so dass eine stabile Referenzelektrode entsteht.
Der Stückpreis für eine Folien- oder Siebdruckelektrode sinkt mit der Anzahl der produzierten Elektroden, da die teuersten Teile die Masken sind, die nur einmal hergestellt werden müssen. Aufgrund des niedrigen Preises können diese Elektroden als Einweg- oder Wegwerfelektroden hergestellt werden. Infolgedessen können alle Schritte zur Reinigung der Elektrode nach einer Messung übersprungen werden, da die Elektrode entsorgt wird. Wenn die Elektrode eine spezielle Anwendung hat, können die meisten Vorbereitungen bereits vom Hersteller vorgenommen werden.
All dies macht es möglich, elektrochemische Anwendungen zu entwickeln, die auch von Personen bedient werden können, die keine Erfahrung mit Elektrochemie haben. Das beste Beispiel ist die Blutzuckermessung, die von Diabetespatienten genutzt wird.
Unsere Auswahl an Siebdruck- und Filmelektroden finden Sie hier.