WO2011054982A1 - Pseudo-electrodo de referencia de película delgada y procedimiento para su fabricación - Google Patents
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Definitions
- the present invention is related to the manufacture of reference electrodes by thin film deposition techniques, proposing a silver thin film (Ag) reference pseudo-electrode manufactured by sputtering, for preferred application. in electrochemical biosensors.
- Ag silver thin film
- Electrochemical biosensors are devices that are responsible for transforming chemical or biochemical information into a measurable and analytically useful signal, they consist of a working electrode WE (Working electrode), where the reaction of the element to be analyzed takes place, an auxiliary electrode or Counter electrode (Counter electrode), where current flows, and a reference electrode RE (Reference electrode) used to measure the potential of the working electrode.
- WE Working electrode
- Counter electrode Counter electrode
- RE Reference electrode
- the measurement of the element to be analyzed is given by the difference in potential established between the working electrode and the reference electrode, therefore for a correct measurement it is essential to have a reference electrode that has a stable electrochemical potential and well defined, for which conventional silver / silver chloride (Ag / AgCl) electrodes effectively meet this criterion.
- Biosensors for electrochemical detection of DNA hybridization are known in the state of the art, which incorporate conventional reference electrodes of the Ag / AgCl type, however these reference electrodes despite having a very good stability have the drawback of being of macroscopic scale, which is not compatible with the need that has been imposed lately to obtain increasingly smaller electrochemical biosensors in which the reference electrode is directly integrated in the biosensor next to the rest of the electrodes.
- miniaturized reference electrodes manufactured by thin film deposition techniques known as TFRE (Thin Film Reference Electrode) are known, as is the case of US Patent 4,933,048, or the scientific publication of Maminska et al, "All-solid-state miniaturized planar reference electrodes based on ionic liquids", Sens. Actuators B, 115, 552 (2006), which discloses a miniaturized reference electrode formed by a silver film (Ag), another film of Silver chloride (AgCl) and a solid potassium chloride (KCl) electrolyte, all of which is covered by a polymeric membrane.
- TFRE Thin Film Reference Electrode
- the Chinese patent CN101216451 in the name of the Eastern University of Science and Technology of China, discloses a DNA biosensor that also integrates a thick film reference electrode manufactured using the screen printing technique, however with this Deposition technique problems occur when electrodes of very small dimensions are required, since with this technique a relatively thick film deposition is obtained that affects the resolution of the biosensor.
- TFRE Thin film reference
- a reference pseudo-electrode integrable in an electrochemical biosensor is proposed, more specifically the object of the invention is the manufacture of an electrochemical biosensor that integrates a miniaturized reference pseudo-electrode manufactured by a deposition technique. thin film, specifically by sputtering, so that a stable reference pseudo-electrode is obtained with a simpler manufacturing process than those known to date and allowing its mass production.
- the reference pseudo-electrode object of the invention is composed of a substrate consisting of an oxidized silicon wafer, on which a single thin silver film is directly deposited by the sputtering technique, which has a thickness between 100 nm and 1500 nm, preferably the thickness of said thin film of 1000 nm silver
- a layer of adherent material preferably a chromium layer, is provided although it could also be another compound that provides The necessary adhesion.
- the reference pseudo-electrode object of the invention would not be altered its characteristics if another material is used as a substrate layer, yes, always and when that material was compatible with the standard industrial manufacturing processes of the moment, in this way the substrate layer on which the thin silver film is directly deposited could be constituted by another type of wafer, such as alumina or glass.
- the process carried out for the manufacture of the reference pseudo-electrode object of the invention is based on the direct deposition of a single thin film of silver on the substrate constituted by the oxidized silicon wafer, alumina or glass, using the Conventional sputtering technique, which allows to obtain thin films in a simple and efficient way.
- Figure 1 is a graphic representation of a miniaturized conventional reference electrode of the Ag / AgCl type according to the known technique.
- Figure 2 is a graphic representation of the reference pseudo-electrode object of the invention.
- Figure 2A is an exemplary embodiment of the reference pseudo-electrode in which a layer of adherent material is arranged between the substrate and the thin silver film.
- Figure 3 shows a diagram of an electrochemical biosensor in which the reference pseudo-electrode object of the invention is integrated.
- Figures 4A to 4J show the manufacturing sequence of the electrochemical biosensor of the previous figure.
- Figure 5 shows the cyclic voltamograms obtained from the comparison of the reference pseudo-electrode and a commercial reference electrode of the macroscopic scale of the Ag / AgCl type.
- Figure 6 shows a graph where it is verified the stability of the reference pseudo-electrode over a test period of one month.
- the object of the invention relates to a silver thin film reference pseudo-electrode manufactured by sputtering, which is integrable into an electrochemical biosensor, so that a compact, portable device is obtained, compatible with CMOS technology and that allows its mass production.
- Figure 1 represents a miniaturized reference electrode of the Ag / AgCl type according to the known technique, in which the reference electrode (RE) is constituted by a substrate (S) on which a series of films are deposited, a film of silver (A), which undergoes an electrochemical chlorination process to form a film of silver chloride (B) on it, then an electrolyte (E) of potassium chloride is deposited and finally all coated with a polymeric membrane (M ).
- the reference electrode (RE) is constituted by a substrate (S) on which a series of films are deposited, a film of silver (A), which undergoes an electrochemical chlorination process to form a film of silver chloride (B) on it, then an electrolyte (E) of potassium chloride is deposited and finally all coated with a polymeric membrane (M ).
- Figure 2 shows the reference pseudo-electrode (1) object of the invention which is composed of a substrate (2) constituted by an oxidized silicon wafer, on which a single sputtering technique is directly deposited thin film of silver (3), which has a thickness between 100 nm and 1500 nm, preferably 1000 nm being the thickness of said thin film of silver (3).
- Figure 2A shows an exemplary embodiment of the pseudo-reference electrode (1), where in order to improve adhesion, between the substrate (2), constituted by the oxidized silicon wafer, and the thin silver film (3) the provision of a layer ( 4) of adherent material, preferably a chrome layer, the functional characteristics of the device not being altered by the incorporation of this layer.
- a layer ( 4) of adherent material preferably a chrome layer
- the process carried out for the manufacture of the reference pseudo-electrode (1) is based on the direct deposition of a single thin film of silver (3) on the substrate (2) constituted by the oxidized silicon wafer, alumina or glass , using the known sputtering deposition technique.
- FIG. 3 shows an electrochemical biosensor
- the electrochemical biosensor (5) is formed by a working electrode (6) constituted by a gold disk of the order of 100 nm thick and 350 microns in diameter deposited by RF sputtering, a counter electrode (7) or auxiliary electrode consisting of a platinum semicircle of the order of 200 nm thick deposited by DC sputtering and the reference pseudo-electrode (1) constituted by a silver semicircle between 100 nm and 1500 nm thick, preferably 1000 nm thick, also deposited by DC sputtering.
- the counter electrode (7) and the reference pseudo-electrode (1) are deposited directly on the substrate (2) constituted by an oxidized silicon wafer, in the same way it is provided that between the gold, platinum and silver films and the oxidized silicon wafer a layer (4) of adherent material is arranged, such as chromium .
- FIGS 4A to 4J show the process carried out for the manufacture of the electrochemical biosensor (5), in which the techniques used (sputtering, photolithography and "PECVD” Chemical deposition in plasma-assisted vapor phase) are common in technology of the silicon chip manufacturing industry.
- the photolithographic process is one that uses a resin (8) for its processing, which, like sputtering and "PECVD", is conventional and known to a person skilled in the art and therefore its operation is not described.
- the substrate (2) constituted by an oxidized silicon wafer (figure 4A)
- a platinum film (9) is deposited using the Sputtering DC technique, and the resin (8) is removed and the material deposited on the resin (8) by means of a "lift-off" lithography process, thus obtaining the counter electrode (7), the pads (7.1, 6.1, 1.1) and the tracks (7.2, 6.2, 1.2).
- the geometry of the working electrode (6) is defined below by another photolithographic process, a gold film (10) is deposited using the RF Sputtering technique, and It does a "lift-off" process to remove the resin (8) and the gold deposited on it. ( Figures 4D and 4E).
- an intermediate chromium layer can be used to improve the adhesion between the deposited films (3, 9, 10) and the substrate (2).
- a layer of silicon dioxide (11) is deposited by means of "PECVD", which is chemically attacked on the working electrode (6), on the counter electrode (7) , and in the reference pseudo-electrode (1).
- PECVD chemically attacked on the working electrode (6), on the counter electrode (7) , and in the reference pseudo-electrode (1).
- the other parts are protected from attack with a photoresist resin (8) that has been previously deposited by a photolithographic process and that is eliminated by a "lift-off" process after the chemical attack ( Figures 4H, 41 and 4J).
- the developed microdevices have been characterized in a 25 mM solution of potassium ferrocyanide (K3Fe (CN) 6) using the silver TRFE and a commercial reference electrode of the Ag / AgCl type.
- K3Fe (CN) 6 potassium ferrocyanide
- the results obtained are shown in Figure 5, where it can be seen that the cyclic voltamogram obtained on average of six microdevices measured with the developed TFRE (X) and the cyclic voltamogram of the commercial reference electrode of Ag / AgCl (Y), the which have almost the same shape, showing a well-defined oxidation-reduction corresponding to the redox pair of potassium ferricyanide / ferrocyanide.
- Epa Ag TFRE 205 ⁇ 3 mV
- Epa Ag / Agci RE 286 ⁇ 1 mV
- These variations in the potentials could be due to the sputtering process, in which the thickness of the silver layer can vary from one side of the wafer to the other in a range of 1 meter at 850 nm.
- Figure 6 shows the average values and standard deviations of 5 microdevices that have been measured during this period of time, the intensity of The current peaks (I pa ) are shown by the dotted line and the potential (Epa) by the continuous line. As can be seen, the response obtained during the sample time period remains almost linear:
- the following table shows the average potential value (Epa), the average current peak value (Ipa) and the maximum difference obtained in the potential peak and current peak values of each electrode.
- the maximum difference in the potential peak and current peak is 14 mV and 0.80 ⁇ , respectively, and in the best case 5 mV and 0.31 ⁇ (chip 3).
Abstract
Pseudo-electrodo de referencia de película delgada y procedimiento para su fabricación, en donde el pseudo-electrodo de referencia (1) se compone de un sustrato (2) constituido por una oblea de silicio oxidada, sobre la que directamente está depositada mediante la técnica de sputtering una única película delgada de plata (3), la cual presenta un espesor comprendido entre 100 nm y 1500 nm.
Description
- i -
PSEÜDO-ELECTRODO DE REFERENCIA DE PELÍCULA DELGADA Y
PROCEDIMIENTO PARA SU FABRICACIÓN
Sector de la técnica
La presente invención esta relacionada con la fabricación de electrodos de referencia mediante técnicas de deposición de películas delgadas, proponiendo un pseudo-electrodo de referencia de película delgada de plata (Ag) fabricado mediante la técnica de pulverización catódica (sputtering) , para su aplicación preferente en biosensores electroquímicos.
Estado de la técnica
Los biosensores electroquímicos son dispositivos que se encargan de transformar una información química o bioquímica en una señal medible y útil analíticamente, están constituidos por un electrodo de trabajo WE (Working electrode) , donde tiene lugar la reacción del elemento a analizar, un electrodo auxiliar o contraelectrodo CE (Counter electrode) , por donde fluye la corriente, y un electrodo de referencia RE (Reference electrode) usado para medir el potencial del electrodo de trabajo.
La medición del elemento a analizar viene dada por la diferencia de potencial establecida entre el electrodo de trabajo y el electrodo de referencia, por lo tanto para una correcta medición se hace indispensable el disponer de un electrodo de referencia que cuente con un potencial electroquímico estable y bien definido, para lo cual los electrodos convencionales de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl) cumplen eficazmente con este criterio.
Son conocidos en el estado de la técnica los biosensores para la detección electroquímica de hibridación de ADN, los cuales incorporan electrodos de referencia convencionales del tipo Ag/AgCl, sin embargo estos electrodos de referencia a pesar de disponer de una muy buena estabilidad presentan el inconveniente de ser de escala macroscópica, lo cual no es compatible con la necesidad que se viene imponiendo últimamente de obtener biosensores electroquímicos cada vez más pequeños en los que el electrodo de referencia esté directamente integrado en el biosensor junto al resto de electrodos.
A este respecto se conocen electrodos de referencia miniaturizados fabricados mediante técnicas de deposición de película delgada, conocidos como TFRE (Thin Film Reference Electrode) , como el caso de la Patente de Estados Unidos US 4.933.048, o de la publicación científica de Maminska et al, "All-solid- state miniaturised planar reference electrodes based on ionic liquids", Sens. Actuators B, 115, 552 (2006), que divulga un electrodo de referencia miniaturizado formado por una película de plata (Ag) , otra película de cloruro de plata (AgCl) y un electrolito sólido de cloruro potásico (KCl), estando recubierto todo ello por una membrana polimérica.
Estas soluciones resuelven el problema de obtener un electrodo de referencia miniaturizado e integrado en el biosensor electroquímico, pero sin embargo su proceso de fabricación es complicado, requiere mucho tiempo y elevados costes debido al gran número de películas del que esta formado, igualmente no es compatible con los procesos estándar llevados a cabo en las "foundries" (empresas de fabricación en masa de
chips de silicio) ya que la fabricación de estos electrodos de referencia requiere un proceso electroquímico para clorar la plata y obtener una película de cloruro de plata, lo cual no es un proceso estándar y obligaría a modificar los procesos de producción en masa de chips de silicio.
Por otro lado la patente china CN101216451, a nombre de la Universidad del Este de Ciencia y Tecnología de China, da a conocer un biosensor de ADN que integra igualmente un electrodo de referencia de película gruesa fabricado mediante la técnica de serigrafía, sin embargo con esta técnica de deposición se producen problemas cuando se requieren electrodos de dimensiones muy reducidas, puesto que con esta técnica se obtiene una deposición de película relativamente gruesa que afecta a la resolución del biosensor.
Igualmente por la publicación científica de Cal et al, "Sequence-Specific Electrochemical Recognition of Múltiple Species using Nanoparticle Labels," Analytíca Chimica Acta, 523(1) 61-68 (2004), se conoce un biosensor de ADN que integra un electrodo de referencia de película delgada (TFRE) constituido por un sustrato formado por una oblea de óxido de indio dopado con estaño (ITO), sobre la cual se dispone una capa de titanio como elemento de adhesión y sobre esta última una película de 100 nm de plata.
Esta solución presenta un coste de fabricación menos elevado que las soluciones anteriores, puesto que el electrodo de referencia esta constituido por un menor número de capas, pero no resuelve el problema de fabricación en masa, ya que el oxido de indio dopado con estaño (ITO) no es un sustrato estándar y por tanto
la fabricación de este electrodo de referencia no sería compatible con la tecnología CMOS de procesos estándar de producción en masa de chips de silicio. Igualmente en el documento de Cai et al, no se aportan datos en relación a la estabilidad del electrodo de referencia, la cual viene dada por la película de plata.
A la vista de lo anterior se hace necesario disponer de electrodos de referencia de película delgada con un potencial electroquímico estable que permitan su fabricación en serie y que sean compatibles con los procesos de fabricación industriales estándar.
Objeto de la invención
De acuerdo con la presente invención se propone un pseudo-electrodo de referencia integrable en un biosensor electroquímico, más en concreto el objetivo de la invención es la fabricación de un biosensor electroquímico que integra un pseudo-electrodo de referencia miniaturizado fabricado mediante una técnica de deposición de película delgada, concretamente por pulverización catódica (sputtering) , de manera que se obtiene un pseudo-electrodo de referencia estable con un proceso de fabricación más sencillo que los conocidos hasta la fecha y que permite su fabricación en serie.
El pseudo-electrodo de referencia objeto de la invención se compone de un sustrato constituido por una oblea de silicio oxidada, sobre la que directamente está depositada mediante la técnica de sputtering una única película delgada de plata, la cual presenta un espesor comprendido entre 100 nm y 1500 nm, siendo preferentemente el espesor de dicha película delgada de
plata 1000 nm.
Con el objeto de mej orar la adhesión entre el sustrato constituido por la oblea de silicio oxidada y la película delgada de plata, está prevista la disposición de una capa de material adherente, preferentemente una capa de cromo, aunque también pudiera ser otro compuesto que aporte la adhesión necesaria .
Ahora bien, aunque el silicio es actualmente un sustrato compatible con los procesos de fabricación industriales estándar, el pseudo-electrodo de referencia objeto da la invención no vería alteradas sus características en caso de utilizarse otro material como capa de sustrato, eso sí, siempre y cuando ese material fuese compatible con los procesos de fabricación industriales estándar del momento, de esta manera la capa de sustrato sobre la que directamente se deposita la película delgada de plata pudiera estar constituida por otro tipo de oblea, como por ejemplo de alúmina o vidrio.
El procedimiento llevado a cabo para la fabricación del pseudo-electrodo de referencia objeto de la invención se basa en la deposición directa de una única película delgada de plata sobre el sustrato constituido por la oblea de silicio oxidada, alúmina o vidrio, utilizando para ello la técnica convencional de deposición por pulverización catódica (sputtering) , la cual permite obtener películas delgadas de una manera sencilla y eficaz.
Se obtiene así un pseudo-electrodo de referencia miniaturizado de película delgada de plata que permite
su integración directa en un biosensor electroquímico, y el cual presenta una buena estabilidad, siendo compatible con la tecnología CMOS y permitiendo igualmente su estandarización y por tanto su fabricación en masa dentro de los procesos de fabricación industriales estándar.
Descripción de las figuras La figura 1 es una representación gráfica de un electrodo de referencia convencional miniaturizado del tipo Ag/AgCl según la técnica conocida.
La figura 2 es una representación gráfica del pseudo-electrodo de referencia objeto de la invención.
La figura 2A es un ejemplo de realización del pseudo-electrodo de referencia en el que se dispone una capa de material adherente entre el sustrato y la película delgada de plata.
La figura 3 muestra un esquema de un biosensor electroquímico en el que está integrado el pseudo- electrodo de referencia objeto de la invención.
Las figuras 4A a 4J muestran la secuencia de fabricación del biosensor electroquímico de la figura anterior . La figura 5 muestra los voltamogramas cíclicos obtenidos de la comparación del pseudo-electrodo de referencia y un electrodo de referencia comercial de escala macroscópica del tipo Ag/AgCl.
La figura 6 muestra una gráfica donde se verifica
la estabilidad del pseudo-electrodo de referencia a lo largo de un periodo de ensayo de un mes.
Descripción detallada de la invención
El objeto de la invención se refiere a un pseudo- electrodo de referencia de película delgada de plata fabricado mediante la tecnología de pulverización catódica ( sputtering) , el cual es integrable en un biosensor electroquímico, de manera que se obtiene un dispositivo compacto, portable, compatible con la tecnología CMOS y que permite su fabricación en serie.
La figura 1 representa un electrodo de referencia miniaturizado del tipo Ag/AgCl según la técnica conocida, en la que el electrodo de referencia (RE) esta constituido por un sustrato (S) sobre el que se depositan una serie de películas, una película de plata (A) , la cual sufre un proceso electroquímico de cloración para formar sobre ella una película de cloruro de plata (B) , luego se deposita un electrolito (E) de cloruro potásico y por último se recubre todo con una membrana polimérica (M) .
En la figura 2 se muestra el pseudo-electrodo de referencia (1) objeto de la invención el cual se compone de un sustrato (2) constituido por una oblea de silicio oxidada, sobre la que directamente está depositada mediante la técnica de sputtering una única película delgada de plata (3) , la cual presenta un espesor comprendido entre 100 nm y 1500 nm, siendo preferentemente 1000 nm el espesor de dicha película delgada de plata (3).
La figura 2A muestra un ejemplo de realización del
pseudo-electrodo de referencia (1), en donde con objeto de mejorar la adhesión, entre el sustrato (2), constituido por la oblea de silicio oxidada, y la película delgada de plata (3) está prevista la disposición de una capa (4) de material adherente, preferentemente una capa de cromo, no viéndose alteradas las características de funcionamiento del dispositivo por la incorporación de esta capa.
El procedimiento llevado a cabo para la fabricación del pseudo-electrodo de referencia (1) se basa en la deposición directa de una única película delgada de plata (3) sobre el sustrato (2) constituido por la oblea de silicio oxidada, alúmina o vidrio, utilizando para ello la técnica conocida de deposición sputtering .
La figura 3 muestra un biosensor electroquímico
(5) en el cual está directamente integrado el pseudo- electrodo de referencia (1) objeto de la invención, así el biosensor electroquímico (5) está formado por un electro de trabajo (6) constituido por un disco de oro del orden de 100 nm de espesor y 350 mieras de diámetro depositado por sputtering RF, un contraelectrodo (7) o electrodo auxiliar constituido por un semicírculo de platino del orden de 200 nm de espesor depositado por sputtering DC y el pseudo-electrodo de referencia (1) constituido por un semicírculo de plata de entre 100 nm y 1500 nm de espesor, preferentemente de 1000 nm de espesor, depositado igualmente por sputtering DC.
Tanto el oro, como el platino y la plata, constituyentes respectivamente del electrodo de trabajo
(6) , del contraelectrodo (7) y del pseudo-electrodo de referencia (1) son depositados directamente sobre el
sustrato (2) constituido por una oblea de silicio oxidada, del mismo modo se ha previsto que entre las películas de oro, platino y plata y la oblea de silicio oxidada se disponga una capa (4) de material adherente, como puede ser el cromo.
Las figuras 4A a 4J muestran el proceso llevado a cabo para la fabricación del biosensor electroquímico (5), en el que las técnicas empleadas (sputtering, fotolitografía y "PECVD" Deposición química en fase vapor asistida por plasma) son las comunes en la tecnología de la industria de fabricación de chips de silicio. El proceso fotolitográfico es de los que emplea una resina (8) para su procesamiento, el cual al igual que el sputtering y "PECVD" es convencional y conocido por un experto en la técnica por lo que no se entra a describir su funcionamiento.
Así, primeramente se define, sobre el sustrato (2) constituido por una oblea de silicio oxidada (figura 4A) , la geometría del contraelectrodo (7), así como de los pads (7.1, 6.1, 1.1) y de las pistas (7.2, 6.2, 1.2), que se observan en la figura 3, mediante un proceso fotolitográfico, posteriormente (figura 4B y 4C) se deposita mediante la técnica de Sputtering DC una película de platino (9), y se elimina la resina (8) y el material depositado sobre la resina (8) mediante un proceso de litografía "lift-off", obteniéndose así el contraelectrodo (7), los pads (7.1, 6.1, 1.1) y las pistas (7.2, 6.2, 1.2) .
Del mismo modo, a continuación se define la geometría del electrodo de trabajo (6) mediante otro proceso fotolitográfico, se deposita una película de oro (10) mediante la técnica de Sputtering RF, y se
hace un proceso de "lift-off" para eliminar la resina (8) y el oro depositado sobre esta. (Figuras 4D y 4E) .
Seguidamente mediante otro proceso fotolitográfico se define la geometría del pseudo-electrodo de referencia (1), se deposita una película delgada de plata (3) mediante la técnica de Sputtering DC, y se elimina la resina (8) y el material depositado sobre ella mediante un proceso de "lift-off" (Figuras 4F y 4G) .
En todos los depósitos se puede emplear una capa de cromo intermedia para mejorar la adherencia entre las películas depositadas (3, 9, 10) y el sustrato (2) .
Finalmente, con el fin de pasivar las zonas no activas del biosensor, se deposita mediante "PECVD" una capa de dióxido de silicio (11), el cual es atacado químicamente en el electrodo de trabajo (6), en el contraelectrodo (7), y en el pseudo-electrodo de referencia (1) . Las demás partes son protegidas del ataque con una resina (8) fotoresistente que ha sido previamente depositada mediante un proceso fotolitográfico y que es eliminada mediante un proceso de "lift-off" después del ataque químico (Figuras 4H, 41 y 4J) .
A continuación se muestran los resultados obtenidos de la comparación de microdispositivos, es decir de biosensores electroquímicos, en los cuales se integra el pseudo-electrodo de referencia objeto de la invención (a partir de ahora denominado TRFE) y un biosensor electroquímico con un electrodo de referencia comercial de escala macroscópica del tipo Ag/AgCl. Todos los experimentos son llevados a cabo en una sala
blanca a temperatura ambiente.
Los microdispositivos desarrollados han sido caracterizados en una solución de 25 mM de ferrocianuro potásico (K3Fe(CN)6) usando el TRFE de plata y un electrodo de referencia comercial del tipo Ag/AgCl. Los resultados obtenidos se muestran en la figura 5, donde se puede observar que el voltamograma cíclico obtenido como media de seis micodispositivos medidos con el TFRE desarrollado (X) y el voltamograma cíclico del electrodo de referencia comercial de Ag/AgCl (Y) , los cuales tienen casi la misma forma, mostrando una oxidación-reducción bien definida correspondiente al par redox del ferricianuro/ferrocianuro potásico.
La intensidad de los picos de corriente es casi la misma en ambos casos:
Ipa Ag TFRE = 5,83 ± 0.33 μΑ;
IPa Ag / Agci RE = 5,80 ± 0.39 μΑ;
(valor medio y desviación estándar de 6 electrodos) ; mientras que en el potencial de los picos ha aparecido una diferencia de 81 mV:
Epa Ag TFRE = 205 ± 3 mV;
Epa Ag / Agci RE = 286 í 1 mV;
(valor medio y desviación estándar de 6 electrodos) .
El hecho de obtener valores similares de picos de corriente con ambos electrodos de referencia, muestra que la sensibilidad del microdispositivo es la misma cuando se utiliza un electrodo de referencia comercial del tipo Ag/AgCl o el TFRE desarrollado de plata.
Además, los microdispositivos examinados mostraron una buena reproducibilidad. Los voltamogramas cíclicos obtenidos de los dispositivos que se han medido utilizando el TFRE de plata, son casi los mismos, mostrando prácticamente los mismos valores de pico de corriente y potencial
Ipa Ag TFRE = 5,83 ± 0.33 μΑ;
Epa Ag TFRE = 205 ± 3 mV, n = 6; los cuales oscilan entre 5.44 μΑ y 6.40 μΑ, y 201 mV y 208 mV, respectivamente. Estas variaciones en los potenciales podrían ser debidas al proceso de pulverización catódica (Sputtering) , en el que el espesor de la capa de plata puede variar de un lado de la oblea al otro en un rango de 1 miera a 850 nm.
Es de sobra conocido que uno de los principales problemas de los electrodos de referencia es la estabilidad de su potencial en el tiempo. Con el objeto de comprobar la estabilidad del TFRE de plata desarrollado se ha examinado su comportamiento electroquímico durante más de un mes.
Durante este tiempo los picos de potencial del ánodo/cátodo y los picos de corriente obtenidos del voltamograma cíclico han sido periódicamente verificados cada dos días. Después de cada medición los electrodos se han aclarado con agua Milli Q™, secados con una corriente de nitrógeno y mantenidos en atmósfera de oxigeno libre de nitrógeno (99,99%).
En la figura 6 se muestran los valores medios y desviaciones estándar de 5 microdispositivos que se han medido durante este período de tiempo, la intensidad de
los picos de corriente (Ipa) se muestra por la linea punteada y el potencial (Epa) por la linea continua. Como se puede observar, la respuesta obtenida durante el periodo de tiempo de muestra se mantiene casi lineal :
Epa = 208 ± 6 mV, Ipa = 5,7 ± 0.20 μΑ; (valor medio y desviación estándar de 5
microdispositivos ) .
Las diferencias obtenidas (en el mismo día) en los valores de potencial y picos de corriente se deben a los diferentes sensores utilizados en el estudio, que como se mencionó antes no son idénticos debido al proceso de pulverización catódica (Sputtering) .
En la siguiente tabla se muestra el valor medio de potencial (Epa), el valor medio de pico de corriente ( Ipa ) y la máxima diferencia obtenida en los valores de pico de potencial y pico de corriente de cada electrodo. En el peor de los casos (chips 4 y 5) la diferencia máxima en el pico de potencial y pico de corriente son 14 mV y 0.80 μΑ, respectivamente, y en el mejor de los casos 5 mV y 0.31 μΑ (chip 3).
No se conocen informes sobre la estabilidad a largo plazo en el tiempo de TFREs realizados mediante la técnica de sputtering. De todos modos, a partir de
los resultados anteriores se puede concluir que el pseudo-electrodo de referencia propuesto es estable en el tiempo .
Claims
1. - Pseudo-electrodo de referencia de película delgada, integrable en un biosensor electroquímico que comprende un electrodo de trabajo, un electrodo auxiliar o contraelectrodo y un electrodo de referencia, caracterizado en que el pseudo-electrodo de referencia (1) se compone de un sustrato (2) constituido por una oblea de silicio oxidada, sobre la que directamente está depositada una única película delgada de plata (3), la cual presenta un espesor comprendido entre 100 nm y 1500 nm.
2. - Pseudo-electrodo de referencia de película delgada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que la película delgada de plata (3) presenta un espesor de 1000 nm.
3. - Pseudo-electrodo de referencia de película delgada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que entre el sustrato (2), constituido por la oblea de silicio oxidada, y la película delgada de plata (3) se dispone una capa (4) de material adherente .
4. - Pseudo-electrodo de referencia de película delgada, de acuerdo con la tercera reivindicación, caracterizado en que la capa (4) de material adherente es una capa de cromo.
5. - Pseudo-electrodo de referencia de película delgada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado en que el sustrato (2) es una oblea de alúmina o una oblea de vidrio.
6.- Procedimiento para la fabricación del pseudo- electrodo de referencia de película delgada de la primera reivindicación, caracterizado en que sobre un sustrato (2) constituido por una oblea de silicio oxidada, alúmina o vidrio, se deposita directamente una única película delgada de plata (3), mediante la técnica de sputtering.
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