CN202974933U - 一种用于一体化薄膜微电极生物传感器件的pH值测量电极 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于测量化学特性的电极，具体的说是一种用于一体化薄膜微电极生物传感器件的pH值测量电极。一种用于一体化薄膜微电极生物传感器件的pH值测量电极，其构造主要包括：感应层、金属垫层、基板，所述的感应层是由导电性金属氧化物和绝缘金属氧化物混合而成的合金材料所组成。本实用新型金属氧化电极可结合催化或酶层来测定粒子，计算特定成分的浓度，这可以可通过在金属氧化组件周围包裹一层材料完成，以检测该层材料与外界的接触层中离子浓度的变化。通过本实用新型金属氧化电极测量离子浓度变化，即可测出被测离子浓度的变化。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于测量化学特性的电极，具体的说是一种用于一体化薄膜微电极生物传感器件的pH值测量电极。
背景技术
目前已有多种离子敏感电极装置为业内人士所知，这些电极装置通常在与离子溶液接触时由于电化学反应而形成电势。在一定条件下，能斯特方程可表示出电势的高低与离子浓度之间的关系。若要求电极测量准确，须确保电极在大范围内的离子浓度测量时基本符合能斯特关系式。此外，电极的电位应对离子浓度的变化反应较为灵敏。已有各种材料被用于或建议用于离子的检测，通常来说一种具备商业价值的离子敏感电极需要能够长期保持电化学稳定性，即这种电极材料对于特定浓度下的某种离子在长时间（如几个月或几年）内的电化学反应不会发生巨大转变。然而，电极材料有时需要很长时间才能达到平衡状态（达到平衡后可长时间保持稳定），从这一角度来说，电极材料达到平衡状态所需要的时间越短越好。
从不同程度上来说，所有的金属/金属氧化物pH电极都呈现出氧化还原干扰的问题，由此推出，金属氧化物的氧化还原干扰的易感性似乎在某种程度上与金属氧化物的导电性有关，因为金属氧化物能够在法拉第电极装置中使用的导电性所具备的因素导致显著的氧化还原干扰性。
相比之下，绝缘金属氧化物，即不能提供大量的输出电流，往往表现出相对小的氧化还原干扰性。然而，由于其高阻抗，这些氧化物只能在非法拉第电极装置（金属氧化物种无大量电流输入）中使用，如，离子敏感场效应晶体管（ISFET）电极。同样，电极须与含有被测离子的溶液进行接触。在这种装置中，离子敏感材料生成的电位应用于场效应晶体管门，场效应晶体管根据晶体管门的电势形成的电场调节源电流，但不会从电极上导出大量电流。因此，场效应管是按照氧化膜另一侧晶体管结构上的电荷电容效应进行操作。有两种材料从响应范围，稳定性，敏感性，及不受干扰影响的角度来说最适合用于PH场效应管：氧化铝和氧化钽，这两者通常被认为是绝缘体，经常在电子设备和法拉第电化学传感器中被用作阻化剂。
然而场效应管的设备比较复杂，且比简单的法拉第pH电极的制造成本昂贵。理想的PH敏感材料，既能产生大量输出电流也不会产生氧化还原干扰，而传统的金属氧化物似乎无法实现这一目标。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种简单、廉价，精确的pH值测量装置，且这种装置还能够进行微型加工。
为了达到上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：一种用于一体化薄膜微电极生物传感器件的pH值测量电极，其构造主要包括：感应层、金属垫层、基板, 所述的感应层以溅射方式在基板上沉积。
上述的感应层其粒子大小小于100埃。
上述的感应层与基板之间不含同种金属元素。
上述的感应层的电阻率处于1010 至1014欧姆/厘米范围之内。
本实用新型有益效果：金属氧化电极可结合催化或酶层来测定粒子，计算特定成分的浓度，这可以可通过在金属氧化组件周围包裹一层材料完成，以检测该层材料与外界的接触层中离子浓度的变化。通过本发明金属氧化电极测量离子浓度变化，即可测出被测离子浓度的变化。
附图说明
图1为本实用新型金属氧化物电极的理想能斯特响应。
图2为本实用新型实例中一个离子敏感电极的剖视图。
图中 1-感应层，2-金属垫层，3-环境，4-测试环境，5-基板。
具体实施方式
下面结合附图1-2对本实用新型的具体实施方式做一个详细的说明。
实施例：一种用于一体化薄膜微电极生物传感器件的pH值测量电极，其构造主要包括：感应层1、金属垫层2、基板5，所述的感应层1以溅射方式在基板5上沉积。
所述的感应层1其粒子大小小于100埃。
所述的感应层1与基板5之间不含同种金属元素。
所述的感应层1的电阻率处于1010 至1014欧姆/厘米范围之内。
图2描述了某实例中离子敏感电极的剖视图。感应层1由一种导电性金属氧化物和绝缘金属氧化物混合而成的合金材料组成，旨在与导电性衬垫材料接触，如金属底衬与导电组件铅接触。感应层1，金属垫层2，及导电组件铅的整体构成通过惰性包装的方式将其与离子进行化学电学上的隔离。这种隔离不包括传感层的一个或多个表面。惰性包装方式是指任何能够隔离上述感应层，金属垫层2，及铅的组成整体与所需的环境进行接触的材料。这种惰性包装方式还应承受恶劣的环境，不易损坏， 能够适应离子所在的化学，热和离子环境。材料可以是各种能够满足上述条件的塑料，层压板，陶瓷或其他材料。
本实用新型表明，环境3包括一种或两种被测离子，如氢离子。图2中的电极装置与环境中的离子接触后感应层1与环境3中的离子发生电化学反应，形成电势，然后通过金属垫层2的传输，形成合适的电势感应或测试环境4。金属垫层2和铅通过惰性包装方式与外部环境在化学电学上都予以隔绝以避免环境与沉淀或铅的二次电化学反应，而干扰上述测定结果。感应层1和环境3中离子之间的电化学反应级别取决于该环境3中离子活性下的能斯特响应斜率。大多情况下，这种活性可通过环境3中的离子浓度予以控制。因而，离子浓度可通过能斯特方程根据形成的电位来测定出离子的浓度。
虽然几乎任何金属垫层2都可采用，但对于溅射铱/氧化钽，金属垫层2可由铱金属，硅晶片，或其他导电材料构成。
上述构成的pH值测量电极为一体化薄膜微电极生物传感器件（Integrated microelectrode biosensors IMEB）的一个组件。
Claims (4)
1.一种用于一体化薄膜微电极生物传感器件的pH值测量电极，其构造主要包括：感应层（1）、金属垫层（2）、基板（5），其特征在于：感应层（1）以溅射方式在基板（5）上沉积。
2.根据权利要求1所述的一种用于一体化薄膜微电极生物传感器件的pH值测量电极，其特征在于所述的感应层（1）其粒子大小小于100埃。
3.根据权利要求1所述的一种用于一体化薄膜微电极生物传感器件的pH值测量电极，其特征在于所述的感应层（1）与基板（5）之间不含同种金属元素。
4.根据权利要求1所述的一种用于一体化薄膜微电极生物传感器件的pH值测量电极，其特征在于所述的感应层（1）的电阻率处于1010 至1014欧姆/厘米范围之内。
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| CN103951019A (zh) * | 2014-05-21 | 2014-07-30 | 昆山工研院华科生物高分子材料研究所有限公司 | 一种抗电流干扰pH检测装置及包括该装置的电芬顿装置 |
| CN105899934A (zh) * | 2014-01-10 | 2016-08-24 | 株式会社电装 | 颗粒状物质检测元件、颗粒状物质检测传感器以及颗粒状物质检测元件的制造方法 |
| CN114651173A (zh) * | 2019-11-06 | 2022-06-21 | 联邦科学及工业研究组织 | 用于感测pH的多层电极 |
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