專(zhuān)利名稱(chēng)：用于電化學(xué)電極快速活化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電化學(xué)電極快速活化的方法，屬于電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)加工技術(shù)和傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
各種形式的電化學(xué)電極在生化分析、衛(wèi)生檢疫、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品檢測(cè)、工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)監(jiān)測(cè)等方面得到廣泛應(yīng)用，然而電極表面常常容易被各種雜質(zhì)吸附，其中包括電活性物質(zhì)，這些雜質(zhì)有時(shí)會(huì)在電極表面形成一層薄膜，這種吸附會(huì)抑制電極活性而使電極中毒。隨著時(shí)間推移，電化學(xué)電極表面吸附了來(lái)自測(cè)試溶液或空氣的雜質(zhì)，其電化學(xué)響應(yīng)會(huì)隨之發(fā)生異常改變，即稱(chēng)之為電極失活。
目前電化學(xué)電極常用活化方法是使用電化學(xué)處理使電極表面雜質(zhì)脫附。一般電極探針可先用氧化鋁細(xì)粉漿研磨清洗，然后再用電化學(xué)處理方法活化，比如在0.5M稀硫酸溶液中在-0.2至1.2V之間進(jìn)行循環(huán)掃描直到得到穩(wěn)定的循環(huán)伏安圖。這種方法比較適用于棒狀電極探針的活化，它有一定的局限性，如耗時(shí)、對(duì)薄膜/厚膜電極、與微電極集成的微參比電極以及電極陣列芯片有一定的損壞作用等。目前依托于絲網(wǎng)印刷技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的制造技術(shù)和集成電路(IC)制造技術(shù)，可對(duì)電化學(xué)電極進(jìn)行批量生產(chǎn)，使之具有成本低、體積小、重量輕、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，這些電極及其陣列芯片的快速活化是其研究應(yīng)用開(kāi)發(fā)中不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種有效的快速簡(jiǎn)便、重復(fù)性好的常用活化方法，這種方法能廣泛應(yīng)用于薄膜/厚膜微電極以及其它電化學(xué)電極和電極陣列芯片的活化，并與MEMS和集成電路(IC)制造技術(shù)等工藝兼容。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種用于電化學(xué)電極快速活化的方法，包括以下步驟(1)將待活化電化學(xué)電極預(yù)清洗，干燥；(2)將電極放入等離子體室、抽真空；(3)在氧氣和氮?dú)夥烹姎怏w等離子體室中，將電極曝露活化；(4)將大氣通入等離子體室后，取出活化好的電極。
所述的方法，用于各種形狀的電化學(xué)兩電極、三電極器件或陣列芯片的活化，并且其中的器件或陣列芯片是用微電子工藝和MEMS工藝加工制成的薄膜器件或陣列芯片、用絲網(wǎng)印刷工藝制備的厚膜器件或陣列芯片以及用體加工工藝制備的電極探針。
所述的方法，用于金屬薄膜兩電極、三電極器件及其陣列芯片，工作電極是金屬金或鉑或其他平面電極，或是進(jìn)行了金顆?；蜚K黑顆粒表面修飾的電極。
所述的方法，用于體加工工藝制備的金、鉑、金顆粒或鉑黑電極探針。
本發(fā)明的技術(shù)解決方法概述如下首先將待活化電化學(xué)電極器件或芯片預(yù)清洗、干燥，然后將之送入等離子體室并抽真空，在一定壓力和射頻功率下，通入的氧氣或氧氣/氮?dú)庠诘入x子體室中形成射頻放電等離子體，將電極在其中短時(shí)間(約1分鐘)曝露，可快速有效完成樣品電極表面清潔活化。


圖1是本發(fā)明的電化學(xué)電極活化方法流程方框圖；圖2是使用本發(fā)明進(jìn)行活化的薄膜或厚膜微型電極1a的示意圖；圖3是圖2中A-A’剖面圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的微型平面鉑薄膜電極快速活化前后循環(huán)伏安圖比較；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的金屬薄膜表面修飾了鉑黑顆粒的微型電極快速活化前后循環(huán)伏安圖比較；圖6是使用本發(fā)明進(jìn)行活化的微電極探針1b示意圖；
圖7是本發(fā)明實(shí)施例的微電極探針1b快速活化前后循環(huán)伏安圖比較。
具體實(shí)施例方式
下述實(shí)施例中的循環(huán)伏安圖的測(cè)試液均為1mM二茂鐵(Ferrocenemonocarboxylic acid)，基相為pH7.4的10mM磷酸鹽緩沖液；掃描速度為100mV/sec。
實(shí)施例1圖1表示本發(fā)明實(shí)施例的電化學(xué)電極1(薄膜或厚膜電極1a或電極探針1b)活化方法的流程方框圖。本流程圖用于解釋本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式，而非局限于描述系統(tǒng)/設(shè)備結(jié)構(gòu)和參數(shù)。電化學(xué)電極1快速活化方法如下(1)預(yù)清洗用去離子水或乙醇清洗液2沖洗電極1表面，用氣槍中的空氣流3吹干獲得干燥的微電極1；(2)放樣將電極1放入等離子體室4，打開(kāi)冷卻水；(3)活化打開(kāi)電源，將等離子室4抽成真空5到2×10-2Torr，設(shè)置氧氣流量為2L/min、氮?dú)鈮毫?psi，射頻功率為70W，基相壓力為30mTorr，在放電氣體6中曝露30秒至1分鐘，電極表面獲得活化；(4)取樣將大氣7通入等離子室4后即可將等離子室門(mén)打開(kāi)，最后取出活化好的電極。
實(shí)施例2圖2是使用本發(fā)明進(jìn)行活化的薄膜或厚膜電極1a的示意圖，圖3是圖2中A-A’剖面圖，薄膜或厚膜電極1a主要包括以下部分絕緣材料襯底8、工作電極9、絕緣膜10、工作電極外接插點(diǎn)或壓焊點(diǎn)11、對(duì)電極12、對(duì)電極外接插點(diǎn)或壓焊點(diǎn)13、參比電極14、參比電極外接插點(diǎn)或壓焊點(diǎn)15。根據(jù)本發(fā)明，按照?qǐng)D1所示步驟將失活的微型薄膜平面電極進(jìn)行活化，圖4表示該電極快速活化前后循環(huán)伏安圖比較，活化前該電極表面被污染失活，其循環(huán)伏安圖i扁平，活化后電極1a表面被清潔活化，其循環(huán)伏安圖ii恢復(fù)正常、電流輸出增大，說(shuō)明電極獲得有效活化。
實(shí)施例3根據(jù)本發(fā)明，按照?qǐng)D1所示步驟將失活的薄膜電極表面修飾了鉑黑顆粒的微型電極進(jìn)行活化，圖5是該電極快速活化前后循環(huán)伏安圖比較，活化前該電極表面被嚴(yán)重污染失活，其循環(huán)伏安圖i扁平無(wú)臺(tái)階變化，活化后電極1a表面被清潔活化，其循環(huán)伏安圖ii恢復(fù)正常、電流輸出增大；針對(duì)活化后的響應(yīng)重復(fù)性進(jìn)行了測(cè)試分析，8次活化后的循環(huán)伏安響應(yīng)中的半波電位均恒定為0.26V，氧化電流峰平均值(Mean)為18nA，標(biāo)準(zhǔn)偏差(Std.Dev)為3nA，標(biāo)準(zhǔn)誤差(Std.Err)為1nA，說(shuō)明活化快速有效且活化后的響應(yīng)具有很好的重復(fù)性。
實(shí)施例4圖6是使用本發(fā)明進(jìn)行活化的電極探針1b的示意圖，電極探針由以下部分構(gòu)成由絕緣材料構(gòu)成的棒狀構(gòu)件16、由埋入棒狀構(gòu)件的中心部位的導(dǎo)電性材料組成的工作電極17、內(nèi)部電極導(dǎo)線(xiàn)18、外部電極導(dǎo)線(xiàn)19。根據(jù)本發(fā)明，按照?qǐng)D1所示步驟將失活的微電極探針進(jìn)行活化，圖7是微電極探針快速活化前后循環(huán)伏安圖比較，活化前該電極1b表面被污染失活，其循環(huán)伏安圖i扁平，活化后電極表面被清潔活化，其循環(huán)伏安圖ii恢復(fù)正常、電流輸出增大，說(shuō)明微電極探針獲得有效活化。
權(quán)利要求
1.一種用于電化學(xué)電極快速活化的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將待活化電化學(xué)電極預(yù)清洗，干燥；(2)將電極放入等離子體室、抽真空；(3)在氧氣和氮?dú)夥烹姎怏w等離子體室中，將電極曝露活化；(4)將大氣通入等離子體室后，取出活化好的電極。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該種活化方法用于各種形狀的電化學(xué)兩電極、三電極器件或陣列芯片的活化，并且其中的器件或陣列芯片是用微電子工藝和MEMS工藝加工制成的薄膜器件或陣列芯片、用絲網(wǎng)印刷工藝制備的厚膜器件或陣列芯片以及用體加工工藝制備的電極探針。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于該種活化方法用于金屬薄膜兩電極、三電極器件及其陣列芯片，工作電極是金屬金或鉑或其他平面電極，或是進(jìn)行了金顆粒或鉑黑顆粒表面修飾的電極。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于該種活化方法用于體加工工藝制備的金、鉑、金顆?；蜚K黑電極探針。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電化學(xué)電極快速活化的方法，首先將待活化電極器件或芯片預(yù)清洗，然后將之送入等離子體室抽真空，最后在氧氣和氮?dú)夥烹姎怏w中曝露活化。本發(fā)明以平面微電極、鉑黑修飾電極和微電極探針為實(shí)施例描述了失活的各種微電極使用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了活化。本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)便、快速、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種電化學(xué)兩電極、三電極器件或陣列芯片的活化，將在生化傳感器、生物芯片以及微系統(tǒng)集成芯片研究開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N27/333GK1506678SQ0215452
公開(kāi)日2004年6月23日 申請(qǐng)日期2002年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月6日
發(fā)明者蔡新霞, 王利 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所