CN1766600A - 微型微生素c传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型维生素C传感器，包括工作电极和参比电极，所述的工作电极由金属钛作基材，表面镀有二氧化锰层。其工作电极制作方法为：在玻璃基底上，采用光刻胶通过模板进行曝光，定义出电极的大小形状；采用溅射法在玻璃基底上淀积一层钛；采用电镀法，以硫酸锰溶液为电镀液，在钛表面再电镀一层二氧化锰；除去光刻胶即得到所需的钛基二氧化锰电极。本发明的维生素C传感器能有效解决检测干扰、电极成本较低，该传感器的电极制作方法十分简便、灵活，和微工艺结合，它能很简便的制作微电极。本发明在生物医学，食品，制药等领域中有很大的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种微型生物传感器，具体地说，是一种测量维生素C浓度的微型传感器及其制作方法。
背景技术
维生素C，也被称为抗坏血酸，在生物体内的新陈代谢中起到很重要的作用，因此维生素C的检测在生物医学工程中是一个十分重要的课题。同时，在制药和食品工业中也需要一种简单和快速的维生素C检测方法。维生素C可以用光谱法，色谱法，电化学分析法等加以检测。目前，光谱法是最普遍的使用方法。但是，光谱法一般成本较高。和其他的方法相比，电化学分析法具有简单和灵敏度高等优点。
维生素C本身具有一定的还原能力，因此比较早就有研究指出可以通过维生素C在铂电极上的氧化反应，采用电化学技术，特别是电流法来进行检测。传统的微型传感器由工作电极、参与电极和恒电流电位仪等组成，其工作原理如图1所示，一般采用铂作为工作电极2，银/氯化银电极作为参比电极3。工作过程中工作电极和参比电极浸入到被测溶液1中，工作电极上的电压通过恒电流电位仪4控制，一般所施加的电压为400毫伏(相对于银/氯化银参比电极)。在此电压上，维生素C被氧化：
反应所产生的电子流经工作电极。电流的大小和溶液中维生素C的浓度有关。恒电流电位仪4连接相应的电流测量装置5，因此通过测量电流可以得知维生素C的浓度。
该传感器的主要弊端为：
1.所采用的电极材料主要为铂，铂是一种贵金属，成本较高；
2.在铂电极上所需施加的维生素C氧化电压比较高，在此电压下，生物化学中的一些常见成分，如过氧化氢(双氧水)，尿酸等也很容易被氧化，从而在检测过程中产生干扰。
同时，在传统的电化学检测中，所用的电极都比较大。这样检测中所需要的试剂，被测样本也就要求多。而且，在一些特定的场合，如人体血管中的在线测量，由于空间有限，这些大电极根本就不能使用。因而需要对微电极材料进行研究，以便于在微型空间内使用。
发明内容
本发明提供了一种能有效解决检测干扰、电极成本低的维生素C传感器，同时还提供了上述传感器的电极制作方法，该方法十分简便、灵活，和微工艺结合，它能很简便的制作微电极。
经研究发现，电镀法制备的二氧化锰电极对维生素C的氧化有催化作用，也就是维生素C在电镀法制备的二氧化锰电极上氧化电压比较低。在此低氧化电压下，过氧化氢，尿酸等不会氧化产生电流，因此有效地解决了干扰的问题。同时，电镀法本身是一种十分简便、灵活的材料制备方法，和微工艺结合，它能很简便的制作微电极。
一种微型维生素C传感器，包括工作电极和参比电极，所述的工作电极由金属钛作基材，表面镀有二氧化锰层。
本发明的微型维生素C传感器中的工作电极制作方法为：
(4)在玻璃基底上，涂上一层光刻胶，根据所需电极的大小，通过模板进行曝光，定义出电极的大小形状；
(5)采用溅射法在玻璃基底上淀积一层钛；采用电镀法，以硫酸锰溶液为电镀液，在钛表面再电镀一层二氧化锰；
(6)除去光刻胶即得到所需的钛基二氧化锰电极。
所述的电镀法电镀二氧化锰时控制流经钛表面的电流在6-10微安每平方厘米。
本发明制作的二氧化锰电极对维生素C的电化学氧化具有较强的催化能力。在此电极上，采用电流法测试维生素C的浓度时，所需施加的电压仅为100毫伏(相对于银/氯化银参比电极)。在此条件下，传感器对维生素C的线性相应范围为0到3毫摩，且对2毫摩的过氧化氢和尿酸没有任何相应。该项发明在生物医学，食品，制药等领域中有很大的应用价值。
附图说明
图1为本发明原有维生素C传感器的工作原理示意图；
图2为本发明传感器的输出结果：维生素C浓度-输出电流关系图。
具体实施方式
一种微型维生素C传感器，包括工作电极和参比电极，所述的工作电极由金属钛作基材，表面镀有二氧化锰层。参比电极材料可采用银/氯化银参比电极。
其工作电极的制作过程为：在玻璃基底上，首先涂上一层光刻胶。然后，根据所需电极的大小，采用合适的模板，进行曝光，定义出电极的大小形状。下一步，可以采用溅射法常用微加工方法等，在玻璃基底上淀积一层钛，钛膜的厚度为100纳米。接着，采用电镀法，在钛表面再电镀一层二氧化锰。电镀时所采用的具体装置和图1所示的装置相似，只是用钛电极代替图1中的工作电极2，参比电极3采用银/氯化银参比电极。
电镀液可采用为1摩尔浓度的硫酸锰，在电镀过程中，通过恒电流电位仪4控制流经钛电极的电流在6-10毫安每平方厘米左右。电镀的时间根据所需电极的厚度决定，可控制在10分钟之间。电镀完除去光刻胶即得到所需的二氧化锰电极。
图2所示为依据本发明方法制作的一微二氧化锰维生素C传感器的输出结果，其对0到3毫摩浓度的维生素C呈线性响应。该传感器电极的大小为1平方毫米。在二氧化锰的电镀过程中，所采用的电流密度为8毫安每平方厘米，电镀的时间为3分钟。在维生素C的检测过程中，施加到二氧化锰电极的电压为100毫伏(相对于银/氯化银参比电极)。测试的溶液为含维生素C的磷酸缓冲液(0.04摩尔浓度的磷酸，4.5％的氯化钠，pH为7.4)。在此电压条件下，二氧化锰电极对2毫摩的过氧化氢和2毫摩的尿酸没有任何响应。
Claims (3)
1.一种微型维生素C传感器，包括工作电极和参比电极，所述的工作电极由金属钛作基材，表面镀有二氧化锰层。
2.根据权利要求1所述的微型维生素C传感器的制作方法，包括所述的工作电极制作方法为：
(1)在玻璃基底上，涂上一层光刻胶，根据所需电极的大小，通过模板进行曝光，定义出电极的大小形状；
(2)采用溅射法在玻璃基底上淀积一层钛；采用电镀法，以硫酸锰溶液为电镀液，在钛表面再电镀一层二氧化锰；
(3)除去光刻胶即得到所需的钛基二氧化锰电极。
3.根据权利要求2所述的微型维生素C传感器的制作方法，其特征在于：电镀法电镀二氧化锰时控制流经钛表面的电流在6-10微安每平方厘米。
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