CN103308585A - 一种具有非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片，本发明所述芯片将芯片上参比电极同电化学反应池隔离开来，中间通过金属或非金属条带相连。金属或非金属条带同芯片结构的微纳缝隙进行离子交换以及金属或非金属条带的电位传导的共同作用，维持参比电极的正常工作。利用本发明的技术方案，可以解决常规电化学芯片参比电极测试时直接同待测溶液接触，从而造成电化学检测体系部分受限且参比电极的稳定性较差等问题，本发明所述芯片可以提高芯片上参比电极体系的稳定性，延长了其寿命，使得电化学检测芯片能够适应较长时间的使用。

Description

一种具有非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片
技术领域
本发明属于电化学芯片制备领域，具体涉及一种具有非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片。
背景技术
随着微流控芯片技术的发展，电化学微流控芯片由于微电极易于在芯片上集成，电化学仪器本体易于小型化微型化等优点，受到了科研工作者的广泛关注。随着技术的发展，利用电化学沉积、蒸镀溅射、丝网印刷、无电沉积等方法，目前电化学三电极体系已经成功的在各种材质如玻璃，陶瓷，聚合物材料乃至纸芯片等基底上进行集成。一直以来，可抛弃式使用是电化学检测芯片发展的主流。在此类电化学芯片中，为了追求更简单的制备工艺更低廉的成本，参比电极基本都同工作电极和辅助电极直接集成在一起，在测试时被同时置于待测溶液中进行电化学检测。由于参比电极体系裸露在待测溶液中，参比电极的稳定性受到一定的影响并且能与参比电极发生直接化学反应的部分检测体系被限制使用。然而，在某些检测体系或是场合，电化学检测芯片被要求在一段较长的时间进行稳定的工作，这对电化学检测芯片电极的稳定性提出了更高的要求，需要在芯片制备更加稳定和可长期使用的芯片参比电极。
发明内容
本发明目的在于提供一种具有非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片，所要解决的技术问题是常规电化学芯片存在的电化学检测体系部分受限且参比电极的稳定性较差等问题。
为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：
一种具有非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片，所述芯片上设有相互独立的电化学反应池和参比电极区域，两者之间通过金属或非金属条带连通，所述金属或非金属条带上设有微纳孔隙，所述电化学反应池内有辅助电极和工作电极，所述参比电极区域内有参比电极。
其中，所述参比电极为Ag/AgCl-Cl-离子参比电极、Pt参比电极、金属/金属盐溶液电极。
其中，所述金属/金属盐溶液电极为Ag/Ag+电极或Cu/CuSO4电极。
所述金属或非金属条带的材质为具有电位传导性质的Au，Pt或C。
其中，将电化学反应池和参比电极区域分隔的芯片结构的宽度为20～200微米。
所述芯片的基底材料为聚合物、玻璃或纸芯片。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明所述芯片将芯片上参比电极同电化学反应池隔离开来，中间通过金属或非金属条带相连。金属或非金属条带同芯片结构的微纳缝隙进行离子交换以及金属或非金属条带的电位传导的共同作用，维持参比电极的正常工作。利用本发明的技术方案，可以解决常规电化学芯片参比电极测试时需用直接同待测溶液接触，从而造成电化学检测体系部分受限且参比电极的稳定性较差等问题，本发明所述芯片可以提高芯片上参比电极体系的稳定性，延长了其寿命，使得电化学检测芯片能够适应较长时间的使用。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是具有非抛弃式银氯化银参比电极结构的芯片平面结构示意图，图中1.辅助电极；2.电化学反应池；3.微纳孔隙；4.银氯化银参比电极；5.金属或非金属条带；6.工作电极；7.芯片；8.参比电极区域。
图2本发明所述芯片上的金属或非金属条带区域横截面结构示意图。
图3A为以Ag/AgCl-0.01M Cl-为参比体系的电化学非抛弃式芯片参比电极结构，100-10-5M Cl-同另一组Ag/AgCl电极构成电化学检测区。
图3B为本发明所述芯片的浓度-电位响应曲线。
图3C为本发明所述芯片的电位差-Cl-浓度对数线性拟合图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
实施例1
本发明所述芯片上设有电化学反应池2和参比电极区域8，所述电化学反应池2和参比电极区域8相互独立，为芯片结构7所分隔，两者之间通过金属或非金属条带5连通，所述金属或非金属条带5同芯片结构7之间设有微纳孔隙3，所述电化学反应池2内有辅助电极1和工作电极6，所述参比电极区域8内有参比电极4。
本实施例中参比电极为银氯化银参比电极，当然也可以为起到参比电极作用的其他电极，如任意具有稳定参比电位的半电池体系，如Pt参比电极、金属/金属盐溶液（如Ag/Ag+，Cu/CuSO4）电极等。
本发明所述非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片指的是能够进行长期，多次重复稳定使用电化学芯片。
本实例中所制备的芯片分为电极部分和PDMS通道两个部分，电极部分材质为玻璃，通过蒸镀和掩膜光刻的方式在玻璃上制备图案化的Au、Ag的金属电极，其中Ag电极通过电镀的方式制备成Ag/AgCl电极，Au金属条带（50μm）则作为参比电极的结构一部分使用；通道部分材质为PDMS，通道为宽1.5mm的两条平行微通道，中间间隔为100μm PDMS墙体。PDMS通道和图案化电极玻璃芯片都先用空气等离子体清洗仪进行表面处理，调节PDMS通道和电极的位置，使得100μm PDMS墙体位于Au金属条带中心，Au金属条带贯穿两条平行微通道，两条平行微通道内各有一组Ag/AgCl电极。将其中一条通道通满10-2M的KCl同Ag/AgCl电极构成参比电极体系，另一条通道通入100-10-5M的KCl溶液同Ag/AgCl电极构成工作体系。图3A为两电极电化学体系的结构原理示意图，通过两电极体系和恒电位方法验证非抛弃式参比电极结构的可行性。图3B为不同浓度KCl溶液条件下的恒电位测试结果，图3C通过KCl溶液浓度和恒电位相应电位的结果的线性拟合数据，该结果能够较好的符合能斯特方程。
本发明中提及的通过芯片结构将芯片上银氯化银参比电极区域同电化学反应池隔离开来，指的是利用芯片结构造成芯片上银氯化银参比电极区域和电化学反应池（包含工作和辅助电极）区域分隔成两个无法进行大规模物质交换的两个相对独立的区域。参比电极区域和电化学反应池通过金属或非金属条带相连指的是该金属或非金属条带必须贯穿隔离银氯化银参比电极区域和电化学反应池的芯片结构，金属或非金属条带必须均有部分裸露于银氯化银参比电极区域和电化学反应池，金属或非金属条带同结构之间的微纳缝隙贯穿银氯化银参比电极区域和电化学反应池的芯片结构。
芯片上银氯化银参比电极以及中心的金属或非金属条带结构通过真空蒸镀溅射/湿化学腐蚀，化学/电化学镀膜等方式在芯片上集成，芯片的基底材料可以为聚合物，玻璃或纸芯片等。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种具有非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片，其特征在于：所述芯片上设有相互独立的电化学反应池和参比电极区域，两者之间通过金属或非金属条带连通，所述金属或非金属条带上设有微纳孔隙，所述电化学反应池内有辅助电极和工作电极，所述参比电极区域内有参比电极。
2.根据权利要求1所述的一种具有非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片，其特征在于：所述参比电极为Ag/AgCl-Cl-离子参比电极、Pt参比电极、金属/金属盐溶液电极。
3.根据权利要求2所述的一种具有非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片，其特征在于：所述金属/金属盐溶液电极为Ag/Ag+电极或Cu/CuSO4电极。
4.根据权利要求1所述的一种具有非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片，其特征在于：所述金属或非金属条带的材质为具有电位传导性质的Au，Pt或C。
5.根据权利要求1所述的一种具有非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片，其特征在于：将电化学反应池和参比电极区域分隔的芯片结构的宽度为20~200微米。
6.根据权利要求1所述的一种具有非抛弃式参比电极结构的电化学检测芯片，其特征在于：所述芯片的基底材料为聚合物、玻璃或纸芯片。
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