CN109839414A - 阵列式感测电极及其制造方法与感测平台 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种阵列式感测电极，包括电绝缘基板、多个导电组件、参考感测层、至少一个化学感测层及电解质层。电绝缘基板具有连通其第一表面及第二表面的多个穿孔。每一个该导电组件包括导电填充物、第一导电部及第二导电部。导电填充物穿设于穿孔且具有第一平面及第二平面，第一导电部设置于第一平面，且第二导电部设置于第二平面。参考感测层及化学感测层设置于相异的第一导电部，而电解质层设置且覆盖于参考感测层及化学感测层。因此，可提升感测灵敏度，缩小电极尺寸与体积，并达到降低制造成本及利于进行封装的技术效果。

Description

阵列式感测电极及其制造方法与感测平台

技术领域

本公开涉及一种感测电极，特别涉及一种阵列式感测电极及其制造方法与感测平台。

背景技术

于现今社会中，具有化学感测电极的化学感测装置是广泛应用于各产业领域，诸如应用于生医、化学、农业及环境等技术领域中。举例而言，可将化学感测电极应用于水质监测装置，实时掌握水处理成效与水质变动的状况，以利预防性或实时改善的处理程序的操作。

传统的化学感测装置是使用玻璃电极作为其离子感测电极，玻璃电极虽可稳定地监测离子浓度，然其结构复杂、成本昂贵，且亦不利于小型化。并且，受限于化学感测装置中玻璃电极及参考电极的结构，亦无法有效提升感测的灵敏度。

现有技术中亦有采用平面式感测电极，以对目标离子进行感测及分析。然由于平面式感测电极的电极连接区域与化学感测区域位于同一平面上，使得感测电极的尺寸较大，且耗费的电极材料较多，使制造成本居高不下。此外，平面式感测电极较难以进行封装，且亦不利于应用于穿戴式或沉水式等化学感测装置。

故此，如何发展一种有别于往的阵列式感测电极及其制造方法与感测平台，以提升化学感测的灵敏度，缩小电极尺寸与体积，进而达到降低制造成本及利于进行封装的技术效果，实为目前技术领域中的重点课题。

发明内容

本公开的主要目的为提供一种阵列式感测电极及其制造方法与感测平台，从而解决并改善前述现有技术的问题与缺点。

本公开的另一目的为提供一种阵列式感测电极及其制造方法与感测平台，通过将多个导电组件的导电填充物穿设于电绝缘基板，并将参考感测层及化学感测层设置于导电组件，以提升感测灵敏度，同时简化工艺并缩小电极的尺寸。

本公开的另一目的为提供一种阵列式感测电极及其制造方法与感测平台，通过将多个导电填充物穿设于电绝缘基板的多个穿孔，并将用以设置感测层的第一导电部设置于导电填充物的第一平面，将与控制单元连接的第二导电部设置于导电填充物的第二平面，以缩小电极体积，进而达到降低制造成本及利于进行封装的技术效果。

本公开的另一目的为提供一种阵列式感测电极及其制造方法与感测平台，通过将多个识别元件一对一地对应于多个导电组件设置于电绝缘基板的第二表面，以于感测电极运行时对设置不同感测层的导电组件进行识别。

本公开的另一目的为提供一种感测平台，通过设置具有多个载具通道的壳体，且将电路板设置于壳体内的容置空间，并将多个阵列式感测电极嵌设于载具通道，以与控制单元电连接，使得壳体可承载多个感测电极，且利于进行封装并达到防水的技术效果。

为达上述目的，本公开的一优选实施方式为提供一种阵列式感测电极，包括：一电绝缘基板，具有位于相异两侧的一第一表面及一第二表面，以及多个穿孔，其中该多个穿孔连通该第一表面及该第二表面；多个导电组件，其中每一个该导电组件包括：一导电填充物，穿设于该多个穿孔之一，且具有位于相异两侧的一第一平面及一第二平面；一第一导电部，设置于该导电填充物的该第一平面；以及一第二导电部，设置于该导电填充物的该第二平面；一参考感测层，设置于该多个导电组件中的一个该导电组件的该第一导电部；至少一个化学感测层，设置于该多个导电组件中的至少另外一个该导电组件的该第一导电部；以及一电解质层，设置且覆盖于该参考感测层及该化学感测层。

为达上述目的，本公开的另一优选实施方式为提供一种阵列式感测电极的制造方法，包括步骤：(a)提供一电绝缘基板，其中该电绝缘基板具有位于相异两侧的一第一表面及一第二表面，以及多个穿孔，其中该多个穿孔连通该第一表面及该第二表面；(b)将多个导电填充物一对一地穿设于该多个穿孔，并将多个第一导电部及多个第二导电部分别形成于该多个导电填充物的一第一平面及一第二平面，其中该第一平面及该第二平面位于该导电填充物的相异两侧；(c)形成一参考感测层于其中一个该第一导电部上，并形成至少一个化学感测层于至少另外一个该第一导电部上；以及(d)形成一电解质层且覆盖于该参考感测层及该化学感测层。

为达上述目的，本公开的另一优选实施方式为提供一种感测平台，包括：一壳体，具有一外壁及多个载具通道，且该外壁封闭形成一容置空间于该壳体内；一电路板，设置于该容置空间；一控制单元，设置于该电路板；以及多个阵列式感测电极，其中每一个该阵列式感测电极嵌设于该多个载具通道之一，且包括：一电绝缘基板，具有位于相异两侧的一第一表面及一第二表面，以及多个穿孔，其中该多个穿孔连通该第一表面及该第二表面；多个导电组件，其中每一个该导电组件包括：一导电填充物，穿设于该多个穿孔之一，且具有位于相异两侧的一第一平面及一第二平面；一第一导电部，设置于该导电填充物的该第一平面；以及一第二导电部，设置于该导电填充物的该第二平面，且与该控制单元电连接；一参考感测层，设置于该多个导电组件中的一个该导电组件的该第一导电部；至少一个化学感测层，设置于该多个导电组件中的至少另外一个该导电组件的该第一导电部；以及一电解质层，设置且覆盖于该参考感测层及该化学感测层。

附图说明

图1是显示本公开优选实施例的阵列式感测电极的分解结构图。

图2是显示本公开优选实施例的阵列式感测电极的示意图。

图3是显示本公开另一优选实施例的阵列式感测电极的示意图。

图4是显示本公开优选实施例的阵列式感测电极的制造方法的流程图。

图5是显示本公开优选实施例的阵列式感测电极的制造方法的细节流程图。

图6是显示本公开优选实施例的感测平台的示意图。

图7是显示图6所示的感测平台的底视图。

图8是显示图7所示的感测平台的分解结构示意图。

附图标记说明：

1：阵列式感测电极

10：电绝缘基板

100：穿孔

11：导电组件

110：导电填充物

111：第一导电部

112：第二导电部

12：参考感测层

13：化学感测层

14：电解质层

15：绝缘防水层

150：孔洞

16：中隔片

160：开口

17：气体透气层

18：识别元件

2：感测平台

3：壳体

30：外壁

300：平坦侧壁

301：承载侧壁

31：载具通道

311：螺纹部

4：电路板

5：控制单元

6：弹性封套

S1：第一表面

S2：第二表面

P1：第一平面

P2：第二平面

C：容置空间

S10、S20、S21、S22、S30、S31、S40、S50：步骤

具体实施方式

体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非架构于限制本公开。

请参阅图1、图2及图3，其中图1是显示本公开优选实施例的阵列式感测电极的分解结构图，图2是显示本公开优选实施例的阵列式感测电极的示意图，以及图3是显示本公开另一优选实施例的阵列式感测电极的示意图。如图1、图2及图3所示，本公开优选实施例的阵列式感测电极1包括电绝缘基板10、多个导电组件11、参考感测层12、至少一个化学感测层13以及电解质层14。电绝缘基板10具有位于相异两侧的第一表面S1及第二表面S2以及多个穿孔100，其中多个穿孔100连通第一表面S1及第二表面S2。其中，电绝缘基板10可为例如但不限于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基板或陶瓷基板。

每一个导电组件11包括导电填充物110、第一导电部111以及第二导电部112，其中导电填充物110穿设于多个穿孔100之一，且具有位于相异两侧的第一平面P1及第二平面P2。第一导电部111设置于导电填充物110的第一平面P1，且第二导电部112设置于导电填充物110的第二平面P2。于一些实施例中，导电填充物110的第一平面P1是与电绝缘基板10的第一表面S1齐平且共同构成一完整平面，且导电填充物110的第二平面P2是与电绝缘基板10的第二表面S2齐平且共同构成一完整平面，然并不以此为限。

参考感测层12设置于多个导电组件11中的一个导电组件11的第一导电部111，而至少一个化学感测层13设置于多个导电组件11中的至少另外一个导电组件11的第一导电部111，其中每一个化学感测层13是与该多个导电组件11的一对应设置。电解质层14设置且覆盖于参考感测层12及化学感测层13。

于一些实施例中，阵列式感测电极1还包括绝缘防水层15，绝缘防水层15设置于电绝缘基板10的第一表面S1，其中绝缘防水层15具有多个孔洞150，该多个孔洞150对应于多个穿孔100，以使第一导电部111曝露于绝缘防水层15外。

于一些实施例中，阵列式感测电极1还包括中隔片16，中隔片16设置于电绝缘基板10的第一表面S1，且中隔片16具有一开口160，电解质层14容置于开口160且与参考感测层12及化学感测层13相接触。于一些实施例中阵列式感测电极1还包含气体透气层17，气体透气层17设置且覆盖于电解质层14，且与中隔片16贴合，从而使电解质层14保持于气体透气层17与参考感测层12及化学感测层13之间。

于一些实施例中，阵列式感测电极1还包含多个识别元件18，设置于电绝缘基板10的第二表面S2，其中多个识别元件18一对一地对应于多个导电组件11设置，以于感测电极运行时对设置不同感测层的导电组件进行识别，例如但不限于搭配特定导电针引脚置以电流的导通与否达到识别设置不同种类感测层的导电组件的目的。

换言之，本公开的阵列式感测电极是通过将多个导电组件的导电填充物穿设于电绝缘基板，并将参考感测层及化学感测层设置于导电组件，以提升感测灵敏度，同时简化工艺并缩小电极的尺寸。并且，通过将多个导电填充物穿设于电绝缘基板的多个穿孔，并将用以设置感测层的第一导电部设置于导电填充物的第一平面，将与控制单元连接的第二导电部设置于导电填充物的第二平面，以缩小电极体积，进而达到降低制造成本及利于进行封装的技术效果。

请参阅图1、图4及图5，其中图4是显示本公开优选实施例的阵列式感测电极的制造方法的流程图，图5是显示本公开优选实施例的阵列式感测电极的制造方法的细节流程图。如图1、图4及图5所示，根据前述优选实施例的阵列式感测电极1，本公开提供一种阵列式感测电极1的制造方法，步骤如下：首先，于步骤S10中，提供电绝缘基板10，其中电绝缘基板10具有位于相异两侧的第一表面S1及第二表面S2，以及多个穿孔100，其中多个穿孔100连通第一表面S1及第二表面S2。接着，于步骤S20中，将多个导电填充物110一对一地穿设于多个穿孔100，并将多个第一导电部111及多个第二导电部112分别形成于多个导电填充物110的第一平面P1及第二平面P2，其中第一平面P1及第二平面P2位于导电填充物110的相异两侧。然后，于步骤S30中，形成参考感测层12于其中一个第一导电部111上，并形成至少一个化学感测层13于至少另外一个第一导电部111上。接着，于步骤S40中，形成电解质层14且覆盖于参考感测层12及该化学感测层13。

于一些实施例中，导电填充物110可包括导电银层，然并不以此为限。第一导电部111及第二导电部112可为溅镀金属薄膜，其材料可选自网印银碳导电混合浆料、金胶、白金胶、银胶、导电碳浆、金、钯、白金、金钯合金或银，然亦不以此为限。

参考感测层12可通过例如液滴涂覆法、溅镀法、电沉积法或是网印厚膜技术形成于第一导电部111上，然并不以此为限。并且，参考感测层12为例如但不限于选自由银(Ag)、氯化银(AgCl)、汞(Hg)、氯化汞(HgCl₂)、氧化铱(IrO₂)、氧化钌(RuO₂)、氧化铂(PtO_X)、氧化钯(PdO_X)、氧化锡(SnO₂)、氧化钽(Ta₂O₅)、氧化铑(RhO₂)、氧化锇(OsO₂)、氧化钛(TiO₂)、氧化汞(Hg₂O)及氧化锑(Sb₂O₃)所组成的群族的至少其中之一所构成。于一些实施例中，以银/氯化银(Ag/AgCl)构成参考感测层12，可通过例如但不限于电化学恒电压法进行制作。

化学感测层13的修饰方法可经由电泳、电镀、含浸、网印、点胶、化学气相层积以及物理气相层积。并且，化学感测层13为例如但不限于总氨氮感测层、总固体溶解物含量感测层、溶氧感测层、氧化还原电位感测层、硝酸盐感测层、亚硝酸盐感测层、酸碱值感测层、钙离子感测层、钾离子感测层、镁离子感测层、钠离子感测层、氯离子感测层、磷酸盐感测层、农药感测层或重金属离子感测层，其中重金属离子层用以感测镍离子、铜离子、铁离子、锌离子、锰离子、铋离子、砷离子、铅离子、铬离子、汞离子及镉离子等。于一些实施例中，化学感测层13亦可为结合特定酵素所制作出的人体生理参数的酵素感测层，例如血糖感测层、尿素感测层、尿酸感测层、胆固醇感测层、重金属离子感测层、乳酸感测层以及肌酸酣感测层等，然并不以此为限。

电解质层14可由液态电解质所构成，液态电解质例如但不限于盐酸水溶液、氯化钾水溶液、氢氧化钾水溶液、氯化钠水溶液、磷酸盐缓冲水溶液、三羟甲基氨基甲烷(Tris(hydroxymethyl)aminomethane，Tris)水溶液、过氯酸溶液或硫酸溶液，其中前述各该溶液的摩尔浓度范围介于0.01M至1M之间。

于一些实施例中，步骤S20还包括步骤S21：形成多个识别元件18于电绝缘基板10的第二表面S2，且使多个识别元件18一对一地对应于多个导电组件11设置。

于一些实施例中，步骤S20还包括步骤S22：形成绝缘防水层15于电绝缘基板10的第一表面S21，其中绝缘防水层15具有多个孔洞150，多个孔洞150对应于多个穿孔100，以使多个第一导电部111曝露于绝缘防水层外150。其中，绝缘防水层15可为例如但不限于具有电绝缘以及防水的材质，诸如对二甲苯聚合物(Poly-para-xylylene)、网印绝缘胶、网印UV绝缘胶等材料。

于一些实施例中，于步骤S30还包括步骤S31：提供具有开口160的中隔片16，且将中隔片16贴合至电绝缘基板10的第一表面S10，并使电解质层14容置于开口160，且与参考感测层12及化学感测层13相接触。其中，中隔片60可为例如但不限于由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或是聚氯乙烯(PVC)等材料所构成。于一优选实施例中，还可利用0.1M三羟甲基氨基甲烷(Tris(hydroxymethyl)aminomethane，Tris)水溶液，通过点胶机将固定点胶体积设定为250μL，且将中隔片16的开口160内的电解质填充区域填满后，即可完成该电解质层14的制作。

于一些实施例中，本公开的阵列式感测电极1的制造方法还包括步骤S50，于步骤S50中，形成气体透气层17于电解质层14之上，并与中隔片16贴合，使电解质层14保持于气体透气层17与参考感测层12及化学感测层13之间。其中，气体透气层17的材料可由例如但不限于醋酸纤维素、硅橡胶、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚双甲基硅氧烷(PDMS)、聚氯乙烯(PVC)、天然橡胶或其组合所构成。

请参阅图1、图3、图6、图7及图8，其中图6是显示本公开优选实施例的感测平台的示意图，图7是显示图6所示的感测平台的底视图，以及图8是显示图7所示的感测平台的分解结构示意图。如图1、图3、图6、图7及图8所示，本公开优选实施例的感测平台2包括壳体3、电路板4、控制单元5及多个阵列式感测电极1，其中壳体3具有外壁30及多个载具通道31，且外壁30封闭形成一容置空间C于壳体3内。电路板4设置于该容置空间C，控制单元5设置于电路板4，而每一个阵列式感测电极1嵌设于多个载具通道31之一。其中，感测平台2所包括的阵列式感测电极1是可为前述任一实施例的阵列式感测电极1，于此不再赘述。此外，阵列式感测电极1的第二导电部112与控制单元5电连接。

于一些实施例中，控制单元5还可包括多功模块及震荡控制模块(未图示)，其中震荡控制模块是供电并连接于该多功模块、控制单元5及电路板4，借此利用一工作电压或电流产生每一个对应于电路板4上导通的震荡波型，并将其传至阵列式感测电极1，然并不以此为限。

于一些实施例中，壳体3的外壁30包括一平坦侧壁300以及多个承载侧壁301，其中多个载具通道31分布于该多个承载侧壁301，但并不以此为限。于一些实施例中，每一个载具通道31具有螺纹部311，以使每一个阵列式感测电极1螺设于螺纹部311。于一些实施例中，感测平台2还可包括多个弹性封套6，设置于壳体3，通过螺纹部311及锁固件的配合，可将弹性封套6及阵列式感测电极1固定于载具通道31。于一些实施例中，载具通道31可为圆形、柱状或多边型结构，而壳体3的材料可为亚克力或玻璃，然皆不以此为限。

换言之，本公开的感测平台通过设置具有多个载具通道的壳体，且将电路板设置于壳体内的容置空间，并将多个阵列式感测电极嵌设于载具通道，以与控制单元电连接，使得壳体可承载多个感测电极，且利于进行封装并达到防水的技术效果。

综上所述，本公开提供一种阵列式感测电极及其制造方法与其适用的感测平台，通过将多个导电组件的导电填充物穿设于电绝缘基板，并将参考感测层及化学感测层设置于导电组件，以提升感测灵敏度，同时简化工艺并缩小电极的尺寸。并且，通过将多个导电填充物穿设于电绝缘基板的多个穿孔，并将用以设置感测层的第一导电部设置于导电填充物的第一平面，将与控制单元连接的第二导电部设置于导电填充物的第二平面，以缩小电极体积，进而达到降低制造成本及利于进行封装的技术效果。同时，通过将多个识别元件一对一地对应于多个导电组件设置于电绝缘基板的第二表面，以于感测电极运行时对设置不同感测层的导电组件进行识别。

纵使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护者。

Claims (14)

1.一种阵列式感测电极，包括：

一电绝缘基板，具有位于相异两侧的一第一表面及一第二表面，以及多个穿孔，其中该多个穿孔连通该第一表面及该第二表面；

多个导电组件，其中每一个该导电组件包括：

一导电填充物，穿设于该多个穿孔之一，且具有位于相异两侧的一第一平面及一第二平面；

一第一导电部，设置于该导电填充物的该第一平面；以及

一第二导电部，设置于该导电填充物的该第二平面；

一参考感测层，设置于该多个导电组件中的一个该导电组件的该第一导电部；

至少一个化学感测层，设置于该多个导电组件中的至少另外一个该导电组件的该第一导电部；以及

一电解质层，设置且覆盖于该参考感测层及该化学感测层。

2.如权利要求1所述的阵列式感测电极，还包括一绝缘防水层，设置于该电绝缘基板的该第一表面，其中该绝缘防水层具有多个孔洞，该多个孔洞对应于该多个穿孔，以使该第一导电部曝露于该绝缘防水层外。

3.如权利要求1所述的阵列式感测电极，还包括一中隔片，设置于该电绝缘基板的该第一表面，其中该中隔片具有一开口，该电解质层容置于该开口且与该参考感测层及该化学感测层相接触。

4.如权利要求3所述的阵列式感测电极，还包含一气体透气层，设置且覆盖于该电解质层，且与该中隔片贴合，从而使该电解质层保持于该气体透气层与该参考感测层及该化学感测层之间。

5.如权利要求1所述的阵列式感测电极，还包含多个识别元件，设置于该电绝缘基板的该第二表面，其中该多个识别元件一对一地对应于该多个导电组件设置，以进行识别。

6.一种阵列式感测电极的制造方法，包括步骤：

(a)提供一电绝缘基板，其中该电绝缘基板具有位于相异两侧的一第一表面及一第二表面，以及多个穿孔，其中该多个穿孔连通该第一表面及该第二表面；

(b)将多个导电填充物一对一地穿设于该多个穿孔，并将多个第一导电部及多个第二导电部分别形成于该多个导电填充物的一第一平面及一第二平面，其中该第一平面及该第二平面位于该导电填充物的相异两侧；

(c)形成一参考感测层于其中一个该第一导电部上，并形成至少一个化学感测层于至少另外一个该第一导电部上；以及

(d)形成一电解质层且覆盖于该参考感测层及该化学感测层。

7.如权利要求6所述的阵列式感测电极的制造方法，其中该化学感测层为总氨氮感测层、总固体溶解物含量感测层、溶氧感测层、氧化还原电位感测层、硝酸盐感测层、亚硝酸盐感测层、酸碱值感测层、钙离子感测层、钾离子感测层、镁离子感测层、钠离子感测层、氯离子感测层、磷酸盐感测层、农药感测层或重金属离子感测层，其中该重金属离子层用以感测镍离子、铜离子、铁离子、锌离子、锰离子、铋离子、砷离子、铅离子、铬离子、汞离子及镉离子，且该参考感测层选自由银、氯化银、汞、氯化汞、氧化铱、氧化钌、氧化铂、氧化钯、氧化锡、氧化钽、氧化铑、氧化锇、氧化钛、氧化汞及氧化锑所组成的群族的至少其中之一所构成。

8.如权利要求6所述的阵列式感测电极的制造方法，于该步骤(b)还包括一步骤：(b1)形成多个识别元件于该电绝缘基板的该第二表面，且使该多个识别元件一对一地对应于该多个导电组件设置。

9.如权利要求8所述的阵列式感测电极的制造方法，其中于该步骤(b)还包括一步骤：(b2)形成一绝缘防水层于该电绝缘基板的该第一表面，其中该绝缘防水层具有多个孔洞，该多个孔洞对应于该多个穿孔，以使该多个第一导电部曝露于该绝缘防水层外。

10.如权利要求9所述的阵列式感测电极的制造方法，其中于该步骤(c)还包括一步骤：(c1)提供具有一开口的一中隔片，且将该中隔片贴合至该电绝缘基板的该第一表面，并使该电解质层容置于该开口，且与该参考感测层及该化学感测层相接触。

11.如权利要求10所述的阵列式感测电极的制造方法，还包括一步骤：(e)形成一气体透气层于该电解质层之上，并与该中隔片贴合，使该电解质层保持于该气体透气层与该参考感测层及该化学感测层之间。

12.一种感测平台，包括：

一壳体，具有一外壁及多个载具通道，且该外壁封闭形成一容置空间于该壳体内；

一电路板，设置于该容置空间；

一控制单元，设置于该电路板；以及

多个阵列式感测电极，其中每一个该阵列式感测电极嵌设于该多个载具通道之一，且包括：

一电绝缘基板，具有位于相异两侧的一第一表面及一第二表面，以及多个穿孔，其中该多个穿孔连通该第一表面及该第二表面；

多个导电组件，其中每一个该导电组件包括：

一导电填充物，穿设于该多个穿孔之一，且具有位于相异两侧的一第一平面及一第二平面；

一第一导电部，设置于该导电填充物的该第一平面；以及

一第二导电部，设置于该导电填充物的该第二平面，且与该控制单元电连接；

一参考感测层，设置于该多个导电组件中的一个该导电组件的该第一导电部；

至少一个化学感测层，设置于该多个导电组件中的至少另外一个该导电组件的该第一导电部；以及

一电解质层，设置且覆盖于该参考感测层及该化学感测层。

13.如权利要求12所述的感测平台，其中该外壁包括一平坦侧壁以及多个承载侧壁，其中该多个载具通道分布于该多个承载侧壁。

14.如权利要求12所述的感测平台，其中每一个该载具通道具有一螺纹部，以使每一个该阵列式感测电极螺设于该螺纹部。