CN1506678A - 用于电化学电极快速活化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电化学电极快速活化的方法，首先将待活化电极器件或芯片预清洗，然后将之送入等离子体室抽真空，最后在氧气和氮气放电气体中曝露活化。本发明以平面微电极、铂黑修饰电极和微电极探针为实施例描述了失活的各种微电极使用本发明实现了活化。本发明具有操作简便、快速、重复性好等优点，适用于各种电化学两电极、三电极器件或阵列芯片的活化，将在生化传感器、生物芯片以及微系统集成芯片研究开发领域中得到广泛应用。

Description

用于电化学电极快速活化的方法

技术领域

本发明涉及一种用于电化学电极快速活化的方法，属于电化学检测技术、微机电系统(MEMS)加工技术和传感技术领域。

背景技术

各种形式的电化学电极在生化分析、卫生检疫、环境监测、食品检测、工业发酵生产监测等方面得到广泛应用，然而电极表面常常容易被各种杂质吸附，其中包括电活性物质，这些杂质有时会在电极表面形成一层薄膜，这种吸附会抑制电极活性而使电极中毒。随着时间推移，电化学电极表面吸附了来自测试溶液或空气的杂质，其电化学响应会随之发生异常改变，即称之为电极失活。

目前电化学电极常用活化方法是使用电化学处理使电极表面杂质脱附。一般电极探针可先用氧化铝细粉浆研磨清洗，然后再用电化学处理方法活化，比如在0.5M稀硫酸溶液中在-0.2至1.2V之间进行循环扫描直到得到稳定的循环伏安图。这种方法比较适用于棒状电极探针的活化，它有一定的局限性，如耗时、对薄膜/厚膜电极、与微电极集成的微参比电极以及电极阵列芯片有一定的损坏作用等。目前依托于丝网印刷技术、微机电系统(MEMS)的制造技术和集成电路(IC)制造技术，可对电化学电极进行批量生产，使之具有成本低、体积小、重量轻、性能稳定等特点，这些电极及其阵列芯片的快速活化是其研究应用开发中不可缺少的关键技术。

发明内容

本发明的目的就是提供一种有效的快速简便、重复性好的常用活化方法，这种方法能广泛应用于薄膜/厚膜微电极以及其它电化学电极和电极阵列芯片的活化，并与MEMS和集成电路(IC)制造技术等工艺兼容。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种用于电化学电极快速活化的方法，包括以下步骤：(1)将待活化电化学电极预清洗，干燥；(2)将电极放入等离子体室、抽真空；(3)在氧气和氮气放电气体等离子体室中，将电极曝露活化；(4)将大气通入等离子体室后，取出活化好的电极。

所述的方法，用于各种形状的电化学两电极、三电极器件或阵列芯片的活化，并且其中的器件或阵列芯片是用微电子工艺和MEMS工艺加工制成的薄膜器件或阵列芯片、用丝网印刷工艺制备的厚膜器件或阵列芯片以及用体加工工艺制备的电极探针。

所述的方法，用于金属薄膜两电极、三电极器件及其阵列芯片，工作电极是金属金或铂或其他平面电极，或是进行了金颗粒或铂黑颗粒表面修饰的电极。

所述的方法，用于体加工工艺制备的金、铂、金颗粒或铂黑电极探针。

本发明的技术解决方法概述如下：首先将待活化电化学电极器件或芯片预清洗、干燥，然后将之送入等离子体室并抽真空，在一定压力和射频功率下，通入的氧气或氧气/氮气在等离子体室中形成射频放电等离子体，将电极在其中短时间(约1分钟)曝露，可快速有效完成样品电极表面清洁活化。

附图说明

图1是本发明的电化学电极活化方法流程方框图；

图2是使用本发明进行活化的薄膜或厚膜微型电极1a的示意图；

图3是图2中A-A’剖面图；

图4是本发明实施例的微型平面铂薄膜电极快速活化前后循环伏安图比较；

图5是本发明实施例的金属薄膜表面修饰了铂黑颗粒的微型电极快速活化前后循环伏安图比较；

图6是使用本发明进行活化的微电极探针1b示意图；

图7是本发明实施例的微电极探针1b快速活化前后循环伏安图比较。

具体实施方式

下述实施例中的循环伏安图的测试液均为1mM二茂铁(Ferrocenemonocarboxylic acid)，基相为pH7.4的10mM磷酸盐缓冲液；扫描速度为100mV/sec。

实施例1：图1表示本发明实施例的电化学电极1(薄膜或厚膜电极1a或电极探针1b)活化方法的流程方框图。本流程图用于解释本发明的实现方式，而非局限于描述系统/设备结构和参数。电化学电极1快速活化方法如下：(1)预清洗：用去离子水或乙醇清洗液2冲洗电极1表面，用气枪中的空气流3吹干获得干燥的微电极1；(2)放样：将电极1放入等离子体室4，打开冷却水；(3)活化：打开电源，将等离子室4抽成真空5到2×10^-2Torr，设置氧气流量为2L/min、氮气压力为5psi，射频功率为70W，基相压力为30mTorr，在放电气体6中曝露30秒至1分钟，电极表面获得活化；(4)取样：将大气7通入等离子室4后即可将等离子室门打开，最后取出活化好的电极。

实施例2：图2是使用本发明进行活化的薄膜或厚膜电极1a的示意图，图3是图2中A-A’剖面图，薄膜或厚膜电极1a主要包括以下部分：绝缘材料衬底8、工作电极9、绝缘膜10、工作电极外接插点或压焊点11、对电极12、对电极外接插点或压焊点13、参比电极14、参比电极外接插点或压焊点15。根据本发明，按照图1所示步骤将失活的微型薄膜平面电极进行活化，图4表示该电极快速活化前后循环伏安图比较，活化前该电极表面被污染失活，其循环伏安图i扁平，活化后电极1a表面被清洁活化，其循环伏安图ii恢复正常、电流输出增大，说明电极获得有效活化。

实施例3：根据本发明，按照图1所示步骤将失活的薄膜电极表面修饰了铂黑颗粒的微型电极进行活化，图5是该电极快速活化前后循环伏安图比较，活化前该电极表面被严重污染失活，其循环伏安图i扁平无台阶变化，活化后电极1a表面被清洁活化，其循环伏安图ii恢复正常、电流输出增大；针对活化后的响应重复性进行了测试分析，8次活化后的循环伏安响应中的半波电位均恒定为0.26V，氧化电流峰平均值(Mean)为18nA，标准偏差(Std.Dev)为3nA，标准误差(Std.Err)为1nA，说明活化快速有效且活化后的响应具有很好的重复性。

实施例4：图6是使用本发明进行活化的电极探针1b的示意图，电极探针由以下部分构成：由绝缘材料构成的棒状构件16、由埋入棒状构件的中心部位的导电性材料组成的工作电极17、内部电极导线18、外部电极导线19。根据本发明，按照图1所示步骤将失活的微电极探针进行活化，图7是微电极探针快速活化前后循环伏安图比较，活化前该电极1b表面被污染失活，其循环伏安图i扁平，活化后电极表面被清洁活化，其循环伏安图ii恢复正常、电流输出增大，说明微电极探针获得有效活化。

Claims (4)

1.一种用于电化学电极快速活化的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将待活化电化学电极预清洗，干燥；

      (2)将电极放入等离子体室、抽真空；

      (3)在氧气和氮气放电气体等离子体室中，将电极曝露活化；

      (4)将大气通入等离子体室后，取出活化好的电极。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该种活化方法用于各种形状的电化学两电极、三电极器件或阵列芯片的活化，并且其中的器件或阵列芯片是用微电子工艺和MEMS工艺加工制成的薄膜器件或阵列芯片、用丝网印刷工艺制备的厚膜器件或阵列芯片以及用体加工工艺制备的电极探针。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于该种活化方法用于金属薄膜两电极、三电极器件及其阵列芯片，工作电极是金属金或铂或其他平面电极，或是进行了金颗粒或铂黑颗粒表面修饰的电极。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于该种活化方法用于体加工工艺制备的金、铂、金颗粒或铂黑电极探针。

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