【技术实现步骤摘要】
本申请实施例涉及电化学检测，特别涉及一种三维微柱阵列的微电极系统、电化学传感器及制备方法。
技术介绍
1、电极系统是电化学传感器及检测仪表的核心部件，不但是敏感膜固定的载体，还是电化学信号的换能器，其性能直接影响电化学发光传感器的检测性能。在电极系统中微电极具有传质速率高、电流密度大、响应速度快等优良的电化学特性。但是由于电极的微型化，电极敏感表面的面积大幅减小，灵敏度也随之降低。并且，随着电极尺寸的减小，边缘效应和尖端效应明显增大，使得电极系统的稳定性变差。如何在电极系统微型化的同时，尽可能提高检测的灵敏度以及稳定性，实现更好的检测性能，逐渐成为研究的热点。
2、常规的电化学发光传感器使用分离式的工作电极、参比电极和对电极三电极体系，且与后端电路不兼容，不易于传感器的微型化、集成化和大批量生产，限制了电化学传感器的实用化进程。传统电化学传感器使用常规尺寸的分立式电极体系，很难与后端的集成电路兼容，也不易于传感器的微型化、集成化和批量生产，大大限制了传感器的实际应用和发展。
技术实现思路
1、本申请实施例提供一种三维微柱阵列的微电极系统、电化学传感器及制备方法，该三维微电极阵列的微电极系统极大地增加了比表面积，提高了电极对目标物质的灵敏度，能够提供连续的电场分布，提高了响应的稳定性。
2、为解决上述技术问题，第一方面，本申请实施例提供一种三维微柱阵列的微电极系统，包括：衬底以及设置在衬底上的电极层、绝缘层；电极层包括依次叠设在衬底上的电极图案层、超微圆盘阵列
3、在一些示例性实施例中，电极层包括呈同心对称式分布的圆盘形工作电极和圆环形对电极；圆盘形工作电极采用三维超微电极阵列，所述三维超微电极阵列的圆盘半径为5μm～20μm；圆盘形工作电极的微电柱间距为50μm～300μm。
4、在一些示例性实施例中，对电极包括三电极；三电极的工作半径为1mm～3mm；工作电极的半径为2mm～6mm。
5、在一些示例性实施例中，超微圆盘阵列中三电极微电柱之间的间距为50μm～300μm；所述工作电极微电柱之间的间距为50μm～300μm。
6、在一些示例性实施例中，工作电极和对电极的材料均为敏感金属材料，所述敏感金属材料为金或铂中的一种或两种；或者，所述工作电极和对电极均包括非敏感金属材料主体和位于其侧面的敏感金属材料层，所述非敏感金属材料主体的材料为镍，所述敏感金属材料层的材料为金或铂中的一种或两种。
7、在一些示例性实施例中，绝缘层的材料为氮化硅；所述绝缘层的厚度为100nm～300nm。
8、第二方面，本申请实施例还提供一种电化学传感器，包括上述三维微柱阵列的微电极系统。
9、第三方面，本申请实施例还提供一种三维微柱阵列的微电极系统的制备方法，包括以下步骤：首先，提供衬底；然后，在衬底上形成一层反转胶，采用第一层掩膜通过光刻显影在反转胶上形成三电极图案；接下来，在三电极图案和残留的反转胶上形成金属层；金属层覆盖三电极图案和残留的反转胶；然后，将残留的反转胶及其上方的金属层剥离，在衬底上形成三电极图形；接下来，在三电极图形上形成绝缘层；绝缘层覆盖所述三电极图形，且位于三电极图形的超微圆形电极阵列之间；然后，在三电极图形和绝缘层上形成光刻胶，采用第二层掩膜通过光刻显影在光刻胶上正面套刻出超微圆形电极阵列的图形；接着，将上一步骤中显影后的光刻胶作为反应离子刻蚀的掩膜；刻蚀部分绝缘层以暴露出超微圆形电极阵列的表面；以光刻胶为掩膜，在超微圆形电极阵列的表面形成双金属层；最后，去除残留的光刻胶后，采用第三层掩膜版和光刻胶形成对引线的绝缘，通过光刻显影在光刻胶上刻出绝缘线、参比电极微池及电解质微池。
10、在一些示例性实施例中，双金属层包括叠层设置的第一金属镍层和第二金属金层；第一金属层的材料为镍，第二金属层的材料为金；第一金属层靠近超微圆形电极阵列的表面设置。
11、在一些示例性实施例中，在通过光刻显影在光刻胶上刻出绝缘线、参比电极微池及电解质微池之后，还包括：首先，在超微圆形电极阵列上集成参比电极；然后，依次经划片、组装、金丝压焊处理，完成超微电极阵列芯片的制备。
12、本申请实施例提供的技术方案至少具有以下优点：
13、本申请实施例提供一种三维微柱阵列的微电极系统、电化学传感器及制备方法，该微电极系统包括：衬底以及设置在衬底上的电极层、绝缘层；电极层包括依次叠设在衬底上的电极图案层、超微圆盘阵列以及位于工作电极外围的反应池；其中，电极图案层上形成有三电极图形，工作电极采用三维超微电极阵列；超微圆盘阵列通过对三电极图形进行套刻得到的超微圆形电极阵列的图形，且超微圆形电极阵列单元之间通过绝缘层相互隔离。
14、本申请提供的三维微电极阵列的微电极系统，通过在衬底上形成“圆盘-圆环”同心对称式分布的微型工作电极和对电极作为电极层，并利用su-8绝缘性的负光刻胶在工作电极外围制作了一个立体的微型免疫反应池。该三维微电极阵列的微电极系统，不仅有效提高了工作电极表面电场强度和电势分布的均匀性，而且使电场分布与电极表面溶液中电子媒介体的扩散方向一致，使电极响应更易于达到稳态并较好地抑制电流噪声，同时有助于提高电极表面修饰物形貌的均匀性和一致性。同时，微电极之间间距只有微米级，电场集中在反应表面，使得电子交换迅速，有效利用了微电极阵列的放大效应，提高了响应信号。微电极的上表面修饰有绝缘层，能够屏蔽纵向电场部分，保留径向电场部分使得线性扩散申流被减弱，而非线性扩散电流被保留，响应电流迅速达到稳态。
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1.一种三维微柱阵列的微电极系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的三维微柱阵列的微电极系统，其特征在于，所述电极层包括呈同心对称式分布的圆盘形工作电极和圆环形对电极；
3.根据权利要求2所述的三维微柱阵列的微电极系统，其特征在于，所述对电极包括三电极；所述三电极的工作半径为1mm～3mm；所述工作电极的半径为2mm～6mm。
4.根据权利要求2所述的三维微柱阵列的微电极系统，其特征在于，所述超微圆盘阵列中三电极微电柱之间的间距为50μm～300μm；所述工作电极微电柱之间的间距为50μm～300μm。
5.根据权利要求2所述的三维微柱阵列的微电极系统，其特征在于，所述工作电极和对电极的材料均为敏感金属材料，所述敏感金属材料为金或铂中的一种或两种；或者，所述工作电极和对电极均包括非敏感金属材料主体和位于其侧面的敏感金属材料层，所述非敏感金属材料主体的材料为镍，所述敏感金属材料层的材料为金或铂中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的三维微柱阵列的微电极系统，其特征在于，所述绝缘层的材料为氮化硅；所述绝缘层的厚度
7.一种电化学传感器，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的三维微柱阵列的微电极系统。
8.一种三维微柱阵列的微电极系统的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的三维微柱阵列的微电极系统的制备方法，其特征在于，所述双金属层包括叠层设置的第一金属镍层和第二金属金层；所述第一金属层的材料为镍，所述第二金属层的材料为金；所述第一金属层靠近超微圆形电极阵列的表面设置。
10.根据权利要求8所述的三维微柱阵列的微电极系统的制备方法，其特征在于，在通过光刻显影在光刻胶上刻出绝缘线、参比电极微池及电解质微池之后，还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种三维微柱阵列的微电极系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的三维微柱阵列的微电极系统，其特征在于，所述电极层包括呈同心对称式分布的圆盘形工作电极和圆环形对电极；
3.根据权利要求2所述的三维微柱阵列的微电极系统，其特征在于，所述对电极包括三电极；所述三电极的工作半径为1mm～3mm；所述工作电极的半径为2mm～6mm。
4.根据权利要求2所述的三维微柱阵列的微电极系统，其特征在于，所述超微圆盘阵列中三电极微电柱之间的间距为50μm～300μm；所述工作电极微电柱之间的间距为50μm～300μm。
5.根据权利要求2所述的三维微柱阵列的微电极系统，其特征在于，所述工作电极和对电极的材料均为敏感金属材料，所述敏感金属材料为金或铂中的一种或两种；或者，所述工作电极和对电极均包括非敏感金属材料主体和位于其侧面的敏感金属材料层，所述非敏感...
【专利技术属性】
技术研发人员：金宗文，李佳美，惠允，喻学锋，周文华，舒伟良，王占龙，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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