CN108414592A - 一种聚合物刷微电极阵列的制备方法 - Google Patents

一种聚合物刷微电极阵列的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108414592A
CN108414592A CN201810114249.3A CN201810114249A CN108414592A CN 108414592 A CN108414592 A CN 108414592A CN 201810114249 A CN201810114249 A CN 201810114249A CN 108414592 A CN108414592 A CN 108414592A
Authority
CN
China
Prior art keywords
microelectrode
polymer
substrate
electrode
microelectrode array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810114249.3A
Other languages
English (en)
Inventor
马欣蕾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN201810114249.3A priority Critical patent/CN108414592A/zh
Publication of CN108414592A publication Critical patent/CN108414592A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/307—Disposable laminated or multilayered electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/48—Systems using polarography, i.e. measuring changes in current under a slowly-varying voltage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Printing Methods (AREA)

Abstract

本发明涉及微电极阵列结构，更具体地，本发明涉及利用聚合物笔印刷术和原位聚合方法相结合的一种聚合物刷微电极阵列的制备方法，该方法利用聚合物笔印刷术这种方法，能够很方便的控制微电极阵列的形貌和密度，通过微电极的循环伏安扫描结果筛选了电极，且单个电极宽度为3微米，电极之间中心到中心的间隔为20微米，微电极具有极化电流小、传质速度高、信噪比高的特点，正是由于微电极的这种特点，使得图案化微电极阵列的灵敏度和最低检出限比非图案化的电极得到了提高。

Description

一种聚合物刷微电极阵列的制备方法
技术领域
本发明涉及微电极阵列结构，更具体地，本发明涉及利用聚合物笔印刷术和原位聚合方法相结合的聚合物刷微电极阵列的制备方法。
背景技术
微电极阵列具有高灵敏度，高信噪比等独特的电化学性质在生物检测，环境监测，食品安全和疾病诊断方面有着重要的应用。到目前为止，各种类型的微电极阵列已被引入到电化学分析中，如平面或凹形圆盘微电极阵列，阵列叉指微电极阵列1，区域选择性电极阵列2，带形微电极阵列3，线性的微电极阵列4，和三维微电极阵列5。这些微结构电极通常采用的技术为常规平版印刷技术，如光刻方法（制备金属、碳和其他电极阵列等）6，丝网印刷术7，直接电沉积技术8等；抑或采用非常规的方法如自组装技术9软刻蚀技术10等。上述制备方法工艺比较复杂，且存在电极之间中心到中心的间隔不易控制。极化电流不稳定、传质速度低、信噪比低等问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种工艺简单，且电极之间中心到中心的间隔为 20 微米。微电极具有极化电流小、传质速度高、信噪比高的聚合物刷微电极阵列的制备方法。
本发明的技术方案是：一种聚合物刷微电极阵列的制备方法，该方法利用聚合物笔印刷术这种方法，能够很方便的控制微电极阵列的形貌和密度，通过微电极的循环伏安扫描结果筛选了电极，且单个电极宽度为3微米，电极之间中心到中心的间隔为 20 微米，微电极具有极化电流小、传质速度高、信噪比高的特点，正是由于微电极的这种特点，使得图案化微电极阵列的灵敏度和最低检出限比非图案化的电极得到了提高。
进一步，该方法的具体包括以下步骤：
步骤1.制备基底: 选取基底，进行预处理，干燥后，在基底表面镀一层金属薄膜，备用；
步骤2：在步骤1制备的镀有金属薄膜的基底表面用利用基于原子力显微镜的聚合物笔印刷术的方法，书写需要的微电极阵列结构,书写完毕的基底浸入引发剂溶液中；
步骤3：将步骤2处理后的所述基底放入Schlenk试管中进行表面引发原子自由基聚合，反应结束后将长好聚合物刷的基底分别用甲苯和水清洗，利用等离子体清洗20-35秒以去掉用作掩膜版,露出其保护的基底的金，即得到微电极阵列。
进一步，所述步骤1中的聚合物笔印刷术采用的墨水为16-巯基十六烷基酸。
进一步，所述步骤3中，引发原子自由基聚合具体为：在氮气的保护下依次加入聚合物单体,甲醇，溴化亚铜和2,2-联吡啶，在温度为35-40摄氏度，反应时间为0.5-8小时，即得到聚合物薄膜厚度为10-80nm。
进一步，所述聚合物单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异冰片酯，丙烯酸-2-乙酯、丙烯酸二甲氨基乙酯、对氟苯乙烯、对氯苯乙烯、对溴苯乙烯、对甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对氯甲基苯乙烯、间氯甲基苯乙烯、对三氯甲基苯乙烯、间三氯甲基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯。
进一步，所述聚合物单体,甲醇，溴化亚铜和2,2-联吡啶之间的质量比为5:4:1:2。
进一步，所述步骤2中的引发剂为巯基十一烷基溴代异丙酸酯。
本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明的方法非官方利用聚合物笔印刷术和原位聚合方法，制备了微电极阵列。使用 PPL 制备电极的过程，电极尺寸和密度可以很好地控制。通过微电极的循环伏安扫描结果筛选了电极，确定了最佳工作条件为单个电极宽度为3 微米，电极之间中心到中心的间隔为 20 微米。微电极具有极化电流小、传质速度高、信噪比高的特点，正是由于微电极的这种特点，使得图案化微电极阵列的灵敏度和最低检出限比非图案化的电极得到了提高。
附图说明
图1为本发明的聚合物刷微电极阵列的原子力显微镜照片及性能曲线示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明一种聚合物刷微电极阵列的制备方法，该方法利用聚合物笔印刷术这种方法，能够很方便的控制微电极阵列的形貌和密度，通过微电极的循环伏安扫描结果筛选了电极，且单个电极宽度为3微米，电极之间中心到中心的间隔为 20 微米，微电极具有极化电流小、传质速度高、信噪比高的特点，正是由于微电极的这种特点，使得图案化微电极阵列的灵敏度和最低检出限比非图案化的电极得到了提高。
进一步，该方法的具体包括以下步骤：
步骤1.制备基底: 选取基底，进行预处理，干燥后，在基底表面镀一层金属薄膜，备用；
步骤2：在步骤1制备的镀有金属薄膜的基底表面用利用基于原子力显微镜的聚合物笔印刷术的方法，书写需要的微电极阵列结构,书写完毕的基底浸入引发剂溶液中；
步骤3：将步骤2处理后的所述基底放入Schlenk试管中进行表面引发原子自由基聚合，反应结束后将长好聚合物刷的基底分别用甲苯和水清洗，利用等离子体清洗20-35秒以去掉用作掩膜版,露出其保护的基底的金，即得到微电极阵列。
进一步，所述步骤1中的聚合物笔印刷术采用的墨水为16-巯基十六烷基酸。
进一步，所述步骤3中，引发原子自由基聚合具体为：在氮气的保护下依次加入聚合物单体,甲醇，溴化亚铜和2,2-联吡啶，在温度为35-40摄氏度，反应时间为0.5-8小时，即得到聚合物薄膜厚度为10-80nm。
进一步，所述聚合物单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异冰片酯，丙烯酸-2-乙酯、丙烯酸二甲氨基乙酯、对氟苯乙烯、对氯苯乙烯、对溴苯乙烯、对甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对氯甲基苯乙烯、间氯甲基苯乙烯、对三氯甲基苯乙烯、间三氯甲基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯。
进一步，所述聚合物单体,甲醇，溴化亚铜和2,2-联吡啶之间的质量比为5:4:1:2。
进一步，所述步骤2中的引发剂为巯基十一烷基溴代异丙酸酯。
实施例：
在表面镀有 50 nm 厚金膜的硅片表面，用16-巯基十六烷基酸（MHA）作为墨水，书写了与需要的金电极对应的阵列。这些 MHA 阵列在回填原子转移自由基聚合反应的引发剂时，能够发挥掩膜版的作用。引发剂会固定在没有 MHA 保护的裸露的金的位置，而被 MHA 覆盖的金则被保护起来。通过表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP） 反应，在接有引发剂的表面生长了一层 PMMA 聚合物刷薄膜，而有 MHA 的地方则没有生长。通过表面等离子体刻蚀的清洗，除掉 MHA 组装层，露出它保护的金，从而的到与书写的 MHA 图案一致的金微电极阵列。微电极阵列的表面形貌通过原子力显微镜和光学显微镜来表征，他的电化学性质则由电化学工作站来表征。
为了进一步表征微电极阵列的形貌，我们用原子力显微镜对电极阵列进行了表征。可以由图上清晰的看到制备的电极单个电极的宽度为3微米，电极间距分别是 20微米。
我们在已制作的间距为 20 微米的微电极阵列上通过电沉积的方法沉积普鲁士蓝(PB)，并利用得到的 PB 修饰的微电极阵列进行 H2O2 的电催化还原。

Claims (7)

1.一种聚合物刷微电极阵列的制备方法，其特征在于，该方法利用聚合物笔印刷术这种方法，能够很方便的控制微电极阵列的形貌和密度，通过微电极的循环伏安扫描结果筛选了电极，且单个电极宽度为3微米，电极之间中心到中心的间隔为 20 微米，微电极具有极化电流小、传质速度高、信噪比高的特点，正是由于微电极的这种特点，使得图案化微电极阵列的灵敏度和最低检出限比非图案化的电极得到了提高。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法的具体包括以下步骤：
步骤1.制备基底: 选取基底，进行预处理，干燥后，在基底表面镀一层金属薄膜，备用；
步骤2：在步骤1制备的镀有金属薄膜的基底表面用利用基于原子力显微镜的聚合物笔印刷术的方法，书写需要的微电极阵列结构,书写完毕的基底浸入引发剂溶液中；
步骤3：将步骤2处理后的所述基底放入Schlenk试管中进行表面引发原子自由基聚合，反应结束后将长好聚合物刷的基底分别用甲苯和水清洗，利用等离子体清洗20-35秒以去掉用作掩膜版,露出其保护的基底的金，即得到微电极阵列。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的聚合物笔印刷术采用的墨水为16-巯基十六烷基酸。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，引发原子自由基聚合具体为：在氮气的保护下依次加入聚合物单体,甲醇，溴化亚铜和2,2-联吡啶，在温度为35-40摄氏度，反应时间为0.5-8小时，即得到聚合物薄膜厚度为10-80nm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述聚合物单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异冰片酯，丙烯酸-2-乙酯、丙烯酸二甲氨基乙酯、对氟苯乙烯、对氯苯乙烯、对溴苯乙烯、对甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对氯甲基苯乙烯、间氯甲基苯乙烯、对三氯甲基苯乙烯、间三氯甲基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述聚合物单体,甲醇，溴化亚铜和2,2-联吡啶之间的质量比为5:4:1:2。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2中的引发剂为巯基十一烷基溴代异丙酸酯。
CN201810114249.3A 2018-02-05 2018-02-05 一种聚合物刷微电极阵列的制备方法 Pending CN108414592A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810114249.3A CN108414592A (zh) 2018-02-05 2018-02-05 一种聚合物刷微电极阵列的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810114249.3A CN108414592A (zh) 2018-02-05 2018-02-05 一种聚合物刷微电极阵列的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108414592A true CN108414592A (zh) 2018-08-17

Family

ID=63127793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810114249.3A Pending CN108414592A (zh) 2018-02-05 2018-02-05 一种聚合物刷微电极阵列的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108414592A (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105651837A (zh) * 2015-12-31 2016-06-08 中国科学院半导体研究所 微电极系统及其制备方法、电化学传感器
CN106646048A (zh) * 2016-12-23 2017-05-10 中国科学院深圳先进技术研究院 一种微电极阵列的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105651837A (zh) * 2015-12-31 2016-06-08 中国科学院半导体研究所 微电极系统及其制备方法、电化学传感器
CN106646048A (zh) * 2016-12-23 2017-05-10 中国科学院深圳先进技术研究院 一种微电极阵列的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DANIEL J EICHELSDOERFER ET.AL: "Large-area molecular patterning with polymer pen lithography", 《NATURE PROTOCOLS》 *
JUN HUI PARK ET.AL: "Ordered Polymeric Microhole Array Made by Selective Wetting and Applications for Electrochemical Microelectrode Array", 《LANGMUIR》 *
XINLEI MA ET.AL: "Size-tunable, highly sensitive microelectrode arrays enabled by polymer pen lithography", 《SOFT MATTER》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6486997B2 (ja) アレイおよびその製造方法
CN102590309B (zh) 石墨烯晶体管及其生物传感器的制作与应用方法
Kuperstein et al. A practical 24 channel microelectrode for neural recording in vivo
KR20090049578A (ko) 에칭 및 홀 어레이
US20150335258A1 (en) Silicon microsystems for high-throughput analysis of neural circuit activity, method and process for making the same
CN111982988A (zh) 用于多巴胺释放的检测的微电极阵列芯片及制备方法
He et al. Fabrication of microelectrode arrays using microcontact printing
Mathieson et al. Large-area microelectrode arrays for recording of neural signals
Connolly et al. Microelectronic and nanoelectronic interfacing techniques for biological systems
Azim et al. Precision plating of human electrogenic cells on microelectrodes enhanced with precision electrodeposited nano-porous platinum for cell-based biosensing applications
CN101200284B (zh) 材料微结构的制备方法
Ma et al. Size-tunable, highly sensitive microelectrode arrays enabled by polymer pen lithography
CN108414592A (zh) 一种聚合物刷微电极阵列的制备方法
Sandison et al. Effective extra-cellular recording from vertebrate neurons in culture using a new type of micro-electrode array
CN117017307A (zh) 微电极阵列、微电极阵列的制备方法、脑类器官检测装置
CN112986546A (zh) 一种用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法
Szunerits et al. Microelectrode arrays
CN111973173B (zh) 用于海马脑片的微电极阵列芯片、修饰方法及测试方法
US20180224421A1 (en) Method and apparatus for a surface microstructured multielectrode array
JP7506333B2 (ja) 電極積層体アレイ、湾曲状電極アレイ、湾曲状電極アレイの製造方法及び細胞外電位の計測方法
JP4110341B2 (ja) 構造体の作成方法
Cote Development and Characterization of a Bioelectronic Scaffold for a Hybrid Brain Model
KR20210044615A (ko) 레이저 패터닝과 감광성 폴리머 절연막을 이용한 평면형 다중 전극 어레이 제조 방법
Yamanoi et al. Effective Method for Micro-Patterning Arene-Terminated Monolayers on a Si (111) Electrode
KR101716890B1 (ko) 심근 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극근육 및 신경 세포용 소프트 하이드로겔 다점전극

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180817