微型微生素c傳感器及其製作方法
2023-12-09 19:05:11 2
專利名稱：微型微生素c傳感器及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微型生物傳感器，具體地說，是一種測量維生素C濃度的微型傳感器及其製作方法。
背景技術：
維生素C，也被稱為抗壞血酸，在生物體內的新陳代謝中起到很重要的作用，因此維生素C的檢測在生物醫學工程中是一個十分重要的課題。同時，在製藥和食品工業中也需要一種簡單和快速的維生素C檢測方法。維生素C可以用光譜法，色譜法，電化學分析法等加以檢測。目前，光譜法是最普遍的使用方法。但是，光譜法一般成本較高。和其他的方法相比，電化學分析法具有簡單和靈敏度高等優點。
維生素C本身具有一定的還原能力，因此比較早就有研究指出可以通過維生素C在鉑電極上的氧化反應，採用電化學技術，特別是電流法來進行檢測。傳統的微型傳感器由工作電極、參與電極和恆電流電位儀等組成，其工作原理如圖1所示，一般採用鉑作為工作電極2，銀/氯化銀電極作為參比電極3。工作過程中工作電極和參比電極浸入到被測溶液1中，工作電極上的電壓通過恆電流電位儀4控制，一般所施加的電壓為400毫伏(相對於銀/氯化銀參比電極)。在此電壓上，維生素C被氧化
反應所產生的電子流經工作電極。電流的大小和溶液中維生素C的濃度有關。恆電流電位儀4連接相應的電流測量裝置5，因此通過測量電流可以得知維生素C的濃度。
該傳感器的主要弊端為1.所採用的電極材料主要為鉑，鉑是一種貴金屬，成本較高；2.在鉑電極上所需施加的維生素C氧化電壓比較高，在此電壓下，生物化學中的一些常見成分，如過氧化氫(雙氧水)，尿酸等也很容易被氧化，從而在檢測過程中產生幹擾。
同時，在傳統的電化學檢測中，所用的電極都比較大。這樣檢測中所需要的試劑，被測樣本也就要求多。而且，在一些特定的場合，如人體血管中的在線測量，由於空間有限，這些大電極根本就不能使用。因而需要對微電極材料進行研究，以便於在微型空間內使用。
發明內容
本發明提供了一種能有效解決檢測幹擾、電極成本低的維生素C傳感器，同時還提供了上述傳感器的電極製作方法，該方法十分簡便、靈活，和微工藝結合，它能很簡便的製作微電極。
經研究發現，電鍍法製備的二氧化錳電極對維生素C的氧化有催化作用，也就是維生素C在電鍍法製備的二氧化錳電極上氧化電壓比較低。在此低氧化電壓下，過氧化氫，尿酸等不會氧化產生電流，因此有效地解決了幹擾的問題。同時，電鍍法本身是一種十分簡便、靈活的材料製備方法，和微工藝結合，它能很簡便的製作微電極。
一種微型維生素C傳感器，包括工作電極和參比電極，所述的工作電極由金屬鈦作基材，表面鍍有二氧化錳層。
本發明的微型維生素C傳感器中的工作電極製作方法為(4)在玻璃基底上，塗上一層光刻膠，根據所需電極的大小，通過模板進行曝光，定義出電極的大小形狀；(5)採用濺射法在玻璃基底上澱積一層鈦；採用電鍍法，以硫酸錳溶液為電鍍液，在鈦表面再電鍍一層二氧化錳；(6)除去光刻膠即得到所需的鈦基二氧化錳電極。
所述的電鍍法電鍍二氧化錳時控制流經鈦表面的電流在6-10微安每平方釐米。
本發明製作的二氧化錳電極對維生素C的電化學氧化具有較強的催化能力。在此電極上，採用電流法測試維生素C的濃度時，所需施加的電壓僅為100毫伏(相對於銀/氯化銀參比電極)。在此條件下，傳感器對維生素C的線性相應範圍為0到3毫摩，且對2毫摩的過氧化氫和尿酸沒有任何相應。該項發明在生物醫學，食品，製藥等領域中有很大的應用價值。
圖1為本發明原有維生素C傳感器的工作原理示意圖；
圖2為本發明傳感器的輸出結果維生素C濃度-輸出電流關係圖。
具體實施例方式
一種微型維生素C傳感器，包括工作電極和參比電極，所述的工作電極由金屬鈦作基材，表面鍍有二氧化錳層。參比電極材料可採用銀/氯化銀參比電極。
其工作電極的製作過程為在玻璃基底上，首先塗上一層光刻膠。然後，根據所需電極的大小，採用合適的模板，進行曝光，定義出電極的大小形狀。下一步，可以採用濺射法常用微加工方法等，在玻璃基底上澱積一層鈦，鈦膜的厚度為100納米。接著，採用電鍍法，在鈦表面再電鍍一層二氧化錳。電鍍時所採用的具體裝置和圖1所示的裝置相似，只是用鈦電極代替圖1中的工作電極2，參比電極3採用銀/氯化銀參比電極。
電鍍液可採用為1摩爾濃度的硫酸錳，在電鍍過程中，通過恆電流電位儀4控制流經鈦電極的電流在6-10毫安每平方釐米左右。電鍍的時間根據所需電極的厚度決定，可控制在10分鐘之間。電鍍完除去光刻膠即得到所需的二氧化錳電極。
圖2所示為依據本發明方法製作的一微二氧化錳維生素C傳感器的輸出結果，其對0到3毫摩濃度的維生素C呈線性響應。該傳感器電極的大小為1平方毫米。在二氧化錳的電鍍過程中，所採用的電流密度為8毫安每平方釐米，電鍍的時間為3分鐘。在維生素C的檢測過程中，施加到二氧化錳電極的電壓為100毫伏(相對於銀/氯化銀參比電極)。測試的溶液為含維生素C的磷酸緩衝液(0.04摩爾濃度的磷酸，4.5％的氯化鈉，pH為7.4)。在此電壓條件下，二氧化錳電極對2毫摩的過氧化氫和2毫摩的尿酸沒有任何響應。
權利要求
1.一種微型維生素C傳感器，包括工作電極和參比電極，所述的工作電極由金屬鈦作基材，表面鍍有二氧化錳層。
2.根據權利要求1所述的微型維生素C傳感器的製作方法，包括所述的工作電極製作方法為(1)在玻璃基底上，塗上一層光刻膠，根據所需電極的大小，通過模板進行曝光，定義出電極的大小形狀；(2)採用濺射法在玻璃基底上澱積一層鈦；採用電鍍法，以硫酸錳溶液為電鍍液，在鈦表面再電鍍一層二氧化錳；(3)除去光刻膠即得到所需的鈦基二氧化錳電極。
3.根據權利要求2所述的微型維生素C傳感器的製作方法，其特徵在於電鍍法電鍍二氧化錳時控制流經鈦表面的電流在6-10微安每平方釐米。
全文摘要
本發明公開了一種微型維生素C傳感器，包括工作電極和參比電極，所述的工作電極由金屬鈦作基材，表面鍍有二氧化錳層。其工作電極製作方法為在玻璃基底上，採用光刻膠通過模板進行曝光，定義出電極的大小形狀；採用濺射法在玻璃基底上澱積一層鈦；採用電鍍法，以硫酸錳溶液為電鍍液，在鈦表面再電鍍一層二氧化錳；除去光刻膠即得到所需的鈦基二氧化錳電極。本發明的維生素C傳感器能有效解決檢測幹擾、電極成本較低，該傳感器的電極製作方法十分簡便、靈活，和微工藝結合，它能很簡便的製作微電極。本發明在生物醫學，食品，製藥等領域中有很大的應用價值。
文檔編號G01N27/30GK1766600SQ20051006095
公開日2006年5月3日 申請日期2005年9月28日 優先權日2005年9月28日
發明者吳堅 申請人:浙江大學