微电极系统及其制备方法、电化学传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电化学检测技术领域，尤其涉及一种微电极系统及其制备方法、电化学传感器。
【背景技术】
[0002]电化学传感器及检测系统由于其具有易于微型化、灵敏度高、特异性好的优点，在生物、医学、食品安全、环境监测、军事、医药等领域都有着重要的应用价值。
[0003]电化学传感器的关键部件即电极系统。相比于常规电极，超微电极具有响应速率快、电流强度小同时电流密度大、物质传递系数大的电化学特性。
[0004]超微阵列电极是指有多个超微电极集束在一起所组成的外观单一的电极，其电流是各个单一超微电极电流的总和。这种电极既保持了原来单一超微电极的特性，又可以获得较大的电流强度，提高电分析的灵敏度。其中，叉指型微带电极阵列具有产生-收集效应，可提高检测的灵敏度，实现低浓度检测。
[0005]但是由于电极的尺寸的减小，边缘效应和尖端效应明显增大，是的电极系统的稳定性变差。如何在电极系统微型化的同时，尽可能提高检测的灵敏度以及稳定性，实现更好的检测性能，逐渐成为研究热点。
[0006]在实现本发明的过程中，申请人意识到现有技术存在的技术缺陷:采用叉指型超微电极阵列的电极系统产生的电极并不均一，待测样品的响应稳定性会因此受到影响。
【发明内容】
[0007](一)要解决的技术问题
[0008]为了解决上述缺陷，本发明提供了三种微电极阵列结构的微电极系统，分别是一种二维叉指结构、一种螺旋叉指结构和一种螺旋交叉叉指结构的微电极系统、电化学传感器及其制备方法，以提供连续的电场分布，提高了响应性能。
[0009](二)技术方案
[0010]根据本发明的一个方面，提供了一种微电极系统，其包括:绝缘衬底;及绝缘衬底上的第一、第二两个电极，构成一对电极，单个电极为梳状阵列结构，彼此绝缘，第一和第二电极相互嵌套。
[0011]根据本发明的另一个方面，提供了一种微电极系统，其包括:绝缘衬底;绝缘衬底上的螺旋叉指电极，其为第一、第二两个电极，构成一对电极，单个电极为螺旋单侧梳状结构，彼此绝缘，两者相互嵌套。
[0012]根据本发明的另一个方面，提供了一种微电极系统，其包括:绝缘衬底;绝缘衬底上的螺旋交叉叉指电极，其为第一、第二两个电极，构成一对电极，单个电极为螺旋双侧梳状结构，彼此绝缘，两者相互嵌套。
[0013]根据本发明的另一个方面，提供了一种电化学传感器，该电化学传感器包括上述的微电极系统。
[0014]根据本发明的另一个方面，提供了一种制备微电极系统的方法，包括步骤:在洁净的绝缘衬底上旋涂光刻胶;对所旋涂的光刻胶进行光刻，露出微电极图案;利用溅射或者蒸镀的方法，在绝缘衬底上形成本发明提出的微电极系统的微电极图案;去除剩余的光刻胶。
[0015](三)有益效果
[0016]本发明二维叉指结构、螺旋叉指结构、螺旋交叉叉指结构的微电极系统分别有一对尺寸在微米、对称嵌套的立体电极构成微电极，其具有以下有益效果:I)本发明中的二维叉指结构、螺旋叉指结构、螺旋交叉叉指结构的微电极系统能够提供连续的电场分布，提高了电化学检测中响应的稳定性;2)本发明中的三种微电极系统，电极的尺寸在微米或者亚微米级，电场绝大部分集中在电极表面，使得电极交换迅速，有效利用了微电极阵列的放大效应，提高了灵敏度。3)本发明中的二维叉指结构、螺旋叉指结构、螺旋交叉叉指结构微电极系统，能够在电极二维表面上，提供均一的电场，使得整个微电极系统更加稳定。
【附图说明】
[0017]图1为根据本发明第一实施例的二维叉指结构微电极系统的结构示意图；
[0018]图2为根据本发明第二实施例的螺旋叉指结构微电极系统的结构示意图；
[0019]图3为根据本发明第三实施例的螺旋交叉叉指结构微电极系统的结构示意图；
[0020]图4为本发明微电极系统制备方法的示意图。
【具体实施方式】
[0021]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0022]根据本发明的一个方面，提出一种微电极系统。图1为该微电极系统的第一实施例的结构示意图。
[0023]参照图1，该微电极系统为二维叉指结构，包括:绝缘衬底;绝缘衬底上的二维交叉叉指，其为两个电极，单个电极为梳状阵列结构，彼此绝缘，并相互嵌套形成二维交叉结构。
[0024]图2为该微电极系统的第二实施例的结构示意图。
[0025]参照图2，该微电极系统为螺旋叉指结构，包括:绝缘衬底;绝缘衬底上的螺旋叉指电极，其为两个电极，单个电极为螺旋梳状结构，彼此绝缘，并相互嵌套成螺旋叉指结构。
[0026]图3为该微电极系统的第三实施例的结构示意图。
[0027]参照图3，该微电极系统为螺旋交叉叉指结构，包括:绝缘衬底;绝缘衬底上的螺旋交叉叉指电极，其为两个电极，单个电极为螺旋梳状结构，彼此绝缘，并相互嵌套成螺旋交叉结构。
[0028]在本发明的微电极系统中，绝缘层优选为二氧化硅层，该二氧化硅层的厚度介于I微米至10微米之间。微电极的材料为敏感导电材料，优选地，该敏感导电材料为金、铂和银。此外，为了保证敏感导电材料和绝缘衬底有效粘合，优选地，在蒸镀、溅射或者沉积敏感金属材料之前，先形成一层粘合金属层。以金为例，粘合金属层选择铬或钛，粘合金属层的厚度介于10纳米至50纳米之间。
[0029]梳状微电极相互嵌套，其梳齿宽度和相互紧挨的梳齿间距都介于10纳米至20微米之间，梳齿的高度介于50纳米至I微米之间。本实施例的微电极系统中，电极之间间距只有微米级或者纳米级，电极集中在反应表面，使得电子交换迅速，有效利用了微电极阵列的放大效应，从而提高了电极系统的灵敏度。优选地，梳齿宽度和相互紧挨的梳齿间距都介于5微米至20微米之间，其高度介于50纳米至300纳米之间。
[0030]本发明的微电极系统能够提供连续的电场分布，不同于一般叉指微带阵列电极的不均一电场分布，从而提供了更为稳定的响应性能。优选地，不同结构的微电极系统中的一对电极均包括连接的接线端，该接线端用于与外部检测设备的连接。
[0031]根据本发明的另一方面，还提出一种电化学传感器，该电化学传感器包括本发明提出的上述三种结构中任一种微电极系统。
[0032]根据本发明的再一方面，还提出一种微电极系统制备方法，本发明的三种微电极系统由绝缘衬底和一对尺寸在亚微米或者微米级的电极构成，两个电极相互嵌套，采用半导体工艺制备，具体制备方法包括:步骤SOI，准备好干净的绝缘衬底。步骤S02，在洁净的绝缘衬底旋涂光刻胶;步骤S03，对所旋图的光刻胶进行光刻，露出目标图案;步骤S04和步骤S05，利用磁控溅射或者蒸镀的工艺，把粘合剂和敏感金属材料分别溅射或蒸到露出的衬底上，形成二维叉指结构、螺旋叉指结构或螺旋交叉叉指的图形；步骤S06，去除剩余的光刻胶。
[0033]根据该方法的一具体示例，绝缘衬底优选石英衬底。在石英衬底上，蒸镀二维叉指结构微电极，电极敏感金属材料为金，经过后续的生物敏感元件的固定，形成对甲胎蛋白检测的二维叉指结构微电极系统。在步骤S02，在洁净的石英衬底上旋涂光刻胶，厚度为4微米;在步骤S03，紫外光光刻形成微电极图案，作为微电极的模子;在步骤S04和步骤S05，在光刻后的石英衬底上派射30nm络和200nm金，其中金层作为敏感金属层，络层作为金层和石英衬底之间的粘合层;在步骤S06，用丙酮浸泡，去除光刻胶模子，保留由铬、金组成的二维叉指结构的微电极系统;在步骤S07，当采用上述工艺制备的二维叉指微电极系统进行测试时，采用白组装的方法在金电极表面固定甲胎蛋白的抗体，形成对甲胎蛋白检测的二维叉指微电极的阻抗生物传感系统。
[0034]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种微电极系统，其包括:绝缘衬底;及绝缘衬底上的第一、第二两个电极，构成一对电极，单个电极为梳状阵列结构，彼此绝缘，第一和第二电极相互嵌套。2.—种微电极系统，其包括:绝缘衬底;绝缘衬底上的螺旋叉指电极，其为第一、第二两个电极，构成一对电极，单个电极为螺旋单侧梳状结构，彼此绝缘，两者相互嵌套。3.—种微电极系统，其包括:绝缘衬底;绝缘衬底上的螺旋交叉叉指电极，其为第一、第二两个电极，构成一对电极，单个电极为螺旋双侧梳状结构，彼此绝缘，两者相互嵌套。4.根据权利要求1、2或3所述的微电极系统，其特征在于，所述的第一电极和第二电极呈三维结构，其宽度和相邻电极之间的间距介于200纳米至20微米之间，高度介于20纳米至I微米之间。5.根据权利要求1、2或3所述的微电极系统，其特征在于，所述的第一电极和第二电极呈三维结构，其宽度和相邻电极之间的间距介于200纳米至20微米之间，高度介于20纳米至I微米之间。6.根据权利要求1、2或3所述的微电极系统，其特征在于，所述的三种结构的微电极系统，第一、第二电极均延伸至连接的接线端，该接线端用于与外部检测设备的连接。7.根据权利要求2所述的微电极系统，其特征在于，第一、第二电极为渐开线螺旋单侧梳状结构。8.根据权利要求3所述的微电极系统，其特征在于，第一、第二电极为渐开线螺旋双侧梳状结构。9.根据权利要求1、2或3所述的微电极系统，其特征在于，所述的绝缘衬底为二氧化硅层，该二氧化硅层的厚度介于I微米至200微米。10.根据权利要求1、2或3所述的微电极系统，其特征在于，所述的第一、第二电极的材料为金属敏感材料，该金属敏感材料为金、铂或银。11.根据权利要求1至10任一项所述的微电极系统，其特征在于，所述的绝缘衬底为石英、玻璃或者经过绝缘处理的硅衬底。12.—种电化学传感器，其特征在于，该电化学传感器包括权利要求的I至11任一项所述的微电极系统。13.—种制备微电极系统的方法，包括步骤: 在洁净的绝缘衬底上旋涂光刻胶； 对所旋涂的光刻胶进行光刻，露出微电极图案； 利用溅射或者蒸镀的方法，在绝缘衬底上形成如权利要求1至11中任一项所述的微电极系统的微电极图案； 去除剩余的光刻胶。
【专利摘要】本发明公开了三种微电极阵列结构的微电极系统，分别是一种二维叉指结构、一种螺旋叉指结构和一种螺旋交叉叉指结构的微电极系统、电化学传感器及其制备方法，以提供连续的电场分布，提高响应性能。
【IPC分类】G01N27/30
【公开号】CN105651837
【申请号】
【发明人】蒋莉娟, 魏清泉, 刘文文, 李钊, 俞育德
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月31日