用于制造用于借助氧化还原循环来电化学指示分子的设备的方法，以及相关的设备和其应用技术

本发明专利技术涉及用于制造用于借助氧化还原循环来电化学指示分子的设备的方法以及对此的设备和其应用。多孔的介电层处于两个电极层之间并且可能被生物功能性化，该介电层可以容纳氧化还原活性的分子。各个层优选地借助喷墨印刷法来施加。

Methods used in the manufacture of equipment for the redox cycle of caller chemical indicator, as well as related equipment and Its Applications

The present invention relates to a method for the manufacture of equipment for the redox cycle of caller chemical indicator molecules and the equipment and applications thereof. The porous dielectric layer is between two electrode layers and may be biofunctionalized, and the dielectric layer can accommodate the redox active molecules. Each layer is preferably applied with the aid of inkjet printing.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造用于借助氧化还原循环来电化学指示分子的设备的方法，以及相关的设备和其应用
本专利技术涉及一种用于制造用于借助氧化还原循环来电化学指示分子的设备的方法，以及一种相关的设备和其应用。
技术介绍
氧化还原循环是一种电化学方法，其中电化学活性的分子多次被氧化和还原。所述反应在两个彼此紧挨着的电极之间发生。为此，将氧化和还原电位相应地施加在电极上，使得在与电极接触时分子直接被氧化或还原。如果分子随后扩散至另外的电极，则发生分别相反的过程（还原/氧化）。通过所述反复的过程，通过每个单独的分子，在电极之间进行电荷传输，这导致可测量的总信号的放大。在现有技术中，这样的传感器借助光刻或电子束平版印刷术来制造。公开了针对氧化还原循环传感器的多种设计和其制造方法：从Goluch等人（2009）已知一种具有横向并排放置的电极的传感器。这些所谓的“相互交叉的电极”具有各个指状物之间的纳米至微米范围内的间距。制造方法是电子束平版印刷术，该电子束平版印刷术设置耗费的剥离和蚀刻工艺。从Wolfrum等人（2008）、Kätelhön等人（2010）和Zevenbergen等人（2011）已知沿着Z轴、即相叠布置的电极，所述电极其间具有纳米级的缝隙作为所谓的“纳米腔”或“纳米通道”。利用电子束平版印刷术或光刻进行制造，所述电子束平版印刷术或光刻包括多个蚀刻步骤并且设置特别是铬牺牲层的去除。Hüske等人（2014）公开了沿着Z轴、即相叠布置的电极，所述电极具有两个电极之间的纳米级的电介质。所述电极利用光刻和电子束平版印刷术来制造。制造方法包括多个沉积和蚀刻步骤，但是也包括通过铝的阳极氧化的所谓的“自装配”步骤。从Gross等人（2015）已知沿着Z轴、即相叠布置的电极，所述电极具有微米级的缝隙。所述电极通过粘贴两个单独的电极来制造，所述两个单独的电极在其间具有厚层的电介质。现有技术中的缺点是：a．在使用光刻或电子束平版印刷术下的耗费的制造方法，所述光刻或电子束平版印刷术不允许生产的经济上合理的缩放。b．在生产中的高成本，或者不可缩放的生产方法。c．在所有迄今的设计中，为了指示生物分子、诸如抗原、抗体、DNA等需要电子和/或中间层的后改动或利用识别分子、诸如抗体、适体等的装备。这些是时间和成本密集的。d．在微米级的氧化还原循环传感器中的不足够的灵敏度。e．在很小的缝隙下的机械不稳定性。f．在生产中的蚀刻步骤或多个化学步骤。g．现有方法中的一些步骤难以复制。方法的其他缺点是：1.关于Goluch等人2009：该方法由于所使用的电子束平版印刷术而导致很高的制造成本。此外，在很小的横向间距下出现各个指状物的分层。在较大的间距下，由于氧化还原循环的低效率而存在不足够的灵敏度。2.关于Wolfrum等人、Kätelhön等人2010和Zevenbergen等人：这些方法由于所使用的光刻或电子束平版印刷术而同样导致高的制造成本。此外，具有很好的校准的多个平版印刷术工艺是传感器起作用的前提。在很小的缝隙下和/或横向伸展的缝隙下出现机械不稳定性。此外，用于去除牺牲层的蚀刻步骤是必需的，所述蚀刻步骤在蚀刻之后能够形成中间层。3.关于Hüske等人2014：由于在阳极氧化步骤中的变动而涉及难以复制的制造方法。替代地，在该方法中使用电子束平版印刷术，这导致很高的制造成本。多个化学步骤或清洗步骤在生产中是必需的。4.关于Gross等人2015：涉及具有很低的氧化还原循环效率的难以复制的制造方法。
技术实现思路
本专利技术的任务是提供一种便宜的并且快速的用于制造用于借助氧化还原循环来电化学指示分子的设备的方法。该方法应该在低成本下可复制地并且快速地提供机械稳定的设备。本专利技术的另一任务是提供一种相关的用于借助氧化还原循环来电化学指示分子的设备并且阐明其应用可能性。该任务按照根据专利权利要求1的方法和根据并列权利要求的设备和应用来解决。关于此的有利的设计方案由援引专利权利要求1和并列权利要求的专利权利要求得出。用于制造用于借助氧化还原循环来电化学指示分析物的设备的方法的特征在于以下步骤：a）将导电的第一电极布置到衬底上，b）将对于氧化还原活性的分子可通过的介电层布置到第一电极上，该介电层具有用于将氧化还原活性的分子或分析物引入到该介电层中的通道，c）将具有印制导线的导电的第二电极布置到介电层上，其中步骤a）至c）中的至少一个利用导电的和/或电绝缘的颗粒的印刷方法来执行。有利地，由此提供一种方法，其中骤a）至c）中的至少一个利用印刷方法来执行。该印刷方法有利地是快速的和便宜的以及能够很好复制。因此，用于制造氧化还原循环传感器的方法但是特别是也不仅仅包括导电的和/或绝缘的可印刷的颗粒的选择，利用所述颗粒可以结构化地相叠地布置电极和/或介电层。特别是，但是也不仅仅应用喷墨印刷、气溶胶喷射法、丝网印刷、凹版印刷、胶版印刷、纳米压印印刷或热印。可以执行涂层和剥蚀步骤的组合，所述剥蚀步骤与不同的涂层方法、诸如狭缝、激光剥蚀等组合地施加相同的层。本专利技术意义上的可印刷的颗粒、优选纳米颗粒例如包含在墨水、膏或颗粒的其他载体介质中。作为衬底例如可以选择玻璃、硅或聚合物。不同的聚合物是特别合适的、诸如聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等。根据步骤a），由导电颗粒、诸如由金、银、铂、碳、导电聚合物、诸如聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸、聚苯胺、聚吡咯、或类似的构成的第一电极以及印制导线例如借助喷墨印刷法或其他印刷方法布置到衬底上并且转变成完成的结构。第一电极或者不具有孔或者仅仅具有很小的孔。第一电极应该是导电的并且优选地显示出良好的电化学特性，即例如具有拥有标准氧化还原中介物的快速的电极动力学并且相对于由于吸附和/或腐蚀所致的电极污染是尽可能有抵抗力的。根据步骤b），将对于氧化还原活性的分子可通过的介电层布置到第一电极上，该介电层具有用于将氧化还原活性的分子引入到该介电层中的通道。步骤b）可以以不同方式执行。通道例如可以通过以下方式制造，即在步骤b）中将多孔的介电层布置到第一电极上，在该介电层中孔延伸直至第一电极的表面。介电层优选地印刷到第一电极上。介电层的纳米颗粒的大小应该比可能在第一电极中存在的孔更大地来选择，以便用于构建电介质的纳米颗粒不穿入到第一电极的孔中。纳米颗粒又包含在墨水、膏或其他载体介质中。然后，也可以可选地在步骤c）中将导电的多孔的优选具有印制导线的第二电极布置到多孔的介电层上，在第二电极中孔延伸直至介电层的表面。于是第二电极的和电介质的孔构成用于氧化还原活性的分子的通道。通过将处于溶液中的氧化还原活性的分子施加到第二电极的表面上，这些分子通过第二电极的孔和介电层的层到达第一电极的表面。电极自身不具有彼此间的电接触。第二电极的纳米颗粒的大小应该比在电介质中存在的孔更大地来选择，以便用于构建第二电极的纳米颗粒不穿入到电介质的孔中。纳米颗粒又包含在墨水、膏或其他载体介质中。因此，在本专利技术的一种有利的设计方案中，用于制造用于借助氧化还原循环来电化学指示氧化还原活性的分子的设备的方法的特征在于以下步骤：a）将导电的第一电极布置到衬底上，b）将多孔的介电层布置到第一电极上，在该介电层中孔延伸直至第一电极的表面，c）将导电的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制造用于借助氧化还原循环来电化学指示分子的设备的方法，其特征在于以下步骤：a) 将导电的第一电极（2a）布置到衬底（1）上，b) 将对于氧化还原活性的分子可通过的介电层（5）布置到第一电极（2a）上，所述介电层具有用于将氧化还原活性的分子引入到所述介电层中的通道，c) 将导电的第二电极（4a）布置到所述介电层（5）上，其中步骤a）至c）中的至少一个利用导电的和/或电绝缘的颗粒的印刷方法来执行。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.08 DE 102015005781.21.用于制造用于借助氧化还原循环来电化学指示分子的设备的方法，其特征在于以下步骤：a)将导电的第一电极（2a）布置到衬底（1）上，b)将对于氧化还原活性的分子可通过的介电层（5）布置到第一电极（2a）上，所述介电层具有用于将氧化还原活性的分子引入到所述介电层中的通道，c)将导电的第二电极（4a）布置到所述介电层（5）上，其中步骤a）至c）中的至少一个利用导电的和/或电绝缘的颗粒的印刷方法来执行。2.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，在步骤b）中将多孔的介电层（5）布置到第一电极（2a）上，在所述介电层（5）中孔延伸直至第一电极（2a）的表面。3.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在步骤c）中将具有印制导线的多孔的导电的第二电极（4a）布置到所述介电层（5）上，在第二电极中孔延伸直至所述介电层（5）的表面。4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所有步骤a）至c）利用印刷方法来执行。5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，用于钝化第一电极（2a）的钝化层（3a、3b）布置在第一电极（2a）和第二电极（4a）之间，其中所述钝化层（3a、3b）具有用于所述介电层（5）的留空。6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于所印刷的颗粒的至少一个烧结步骤。7.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在步骤a）中比在步骤b）中印刷更小的颗粒和/或在步骤b）中比在步骤c）中印刷更小的颗粒。8.根据前述权利要求之一所述的方法，其中在第二电极（4a）中制造比所述介电层（5）中的孔更大的孔和/或在所述介电层（5）中制造比第一电极（2a）中的孔更大的孔。9.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在步骤c）中印刷比所述介电层（5）中的孔更大的用于第二电极（4a）的导电颗粒和/或在步骤b）中印刷比第一电极（2a）中的孔更大的用于所述介电层（5）的绝缘颗粒。10.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于用于布置两个电极（2a、4a）中的至少一个和/或所述介电层（5）和/或所述钝化层（3a、3b）的喷墨印刷法。11.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于选择生物功能性的墨水用来将所述介电层（5）布置在第一电极（2a）上。12.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于选择具有绝缘颗粒的墨水来制造所述介电层（5），酶、抗体、受体或其他生物分子化合到所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A雅库申科，B沃尔弗鲁姆，NY阿德利哈桑，A奥芬霍伊泽，
申请(专利权)人：于利奇研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE