双螺旋结构的微电极系统、电化学传感器及其制备方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双螺旋结构的微电极系统、电化学传感器及其制备方法。该双螺旋结构的微电极系统，用于电化学检测，包括：绝缘衬底；及形成于绝缘衬底上的第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极呈螺旋状，两者彼此绝缘，并相互嵌套形成双螺旋结构。本发明专利技术能够提供连续的电场分布，从而提高了电化学测量中响应的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学检测
，尤其涉及ー种。
技术介绍
随着MEMS技术的发展，传感器日益向小型化、微型化的方向发展。电化学传感器及检测系统由于具有易于微型化、灵敏度高、选择性好的优点，而常用来开发微型化的生化传感器及检测仪表。电极系统是电化学传感器及检测仪表的核心部件。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増大，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。·微电极阵列除具有单微电极的特点外，还能增加测量时的响应电流，有利于仪器检测。其中，叉指型微带电极阵列具有产生-收集效应，可提高检测的灵敏度，实现低浓度检测。在实现本专利技术的过程中，申请人意识到现有技术存在如下技术缺陷采用叉指型微电极阵列的电化学检测器微电极系统所产生的电场为断续式分布，其扩散场边缘不均匀，待测样品的响应稳定性会因此受到影响。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题为解决上述缺陷，本专利技术提供了ー种，以提供连续的电场分布，提高了响应的稳定性。( ニ )技术方案根据本专利技术的ー个方面，提供了ー种双螺旋结构的微电极系统，用于电化学检测。该微电极系统包括绝缘衬底；及形成于绝缘衬底上的第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极呈螺旋状，两者彼此绝缘，并相互嵌套形成双螺旋结构。优选地,该微电极系统中，第一电极和第二电极与绝缘衬底相对的另ー侧具有绝缘层。优选地，该微电极系统中，第一电极和第二电极呈三维结构，其宽度、高度和两者的间距介于I微米至200微米之间。优选地，该微电极系统中，第一电极和第二电极呈螺旋渐开线状；第一电极和第二电极均包括伸出双螺旋结构的接线端，该接线端用干与外部电极相连接。优选地，该微电极系统中，绝缘层为ニ氧化硅层，该ニ氧化硅层的厚度介于I微米至10微米之间。优选地，该微电极系统中，第一电极和第二电极的宽度介于5微米至20微米之间；其高度大于其宽度，介于10微米至50微米之间；两者间距介于5微米至20微米之间。优选地,该微电极系统中，第一电极和第二电极的材料为敏感金属材料，该敏感金属材料为金或钼，或第一电极和第二电极均包括非敏感金属材料主体和其侧面的敏感金属材料层，的非敏感金属材料为镍，敏感金属材料为金或钼。优选地，该微电极系统中，绝缘衬底为玻璃或经绝缘处理的硅衬底。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种电化学传感器。该电化学传感器包括上述的双螺旋结构微电极系统。根据本专利技术的再一个方面，还提供了一种制备双螺旋结构微电极系统的方法，用于制备上述的微电极系统，包括在绝缘衬底上沉积电镀种子层；在所沉积的电镀种子层上旋涂光刻胶；对所旋涂的光刻胶进行光刻，露出电镀种子层，形成双螺旋结构图形；利用 所沉积的电镀种子层，在形成的双螺旋结构图形中微电镀形成第一电极和第二电极；及去除剩余的光刻胶和电镀种子层。(三)有益效果本专利技术双螺旋结构微电极系统由一对尺寸在微米级、呈螺旋渐开线状的立体电极构成，两个电极形成类似于蚊香盘的双螺旋盘状结构，其具有以下有益效果I)该双螺旋结构微电极系统能够提供连续的电场分布，提高了电化学测量中响应的稳定性；2)两个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；3)两个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，使得线性扩散电流被减弱，而非线性扩散电流被保留，响应电流迅速达到稳态。附图说明图I为本专利技术实施例微电极系统的结构示意图；图2为本专利技术双螺旋结构微电极系统制备方法的示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种用于电化学检测的双螺旋结构的微电极系统。该微电极系统包括绝缘衬底；及形成于绝缘衬底上的彼此绝缘的第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极呈螺旋状，两者相互嵌套形成双螺旋结构。本实施例微电极系统的双螺旋电极结构能够提供连续的电场分布，不同于一般叉指阵列式电极的断续式电场分布，从而提高了响应的稳定性。优选地，第一电极和第二电极呈螺旋渐开线状；第一电极和第二电极均包括伸出双螺旋结构的接线端，该接线端用于与外部电极相连接。在本专利技术的一个优选的实施例微电极系统中，第一电极和第二电极与绝缘衬底相对的另一侧具有绝缘层。优选地，绝缘层为二氧化硅层，该二氧化硅层的厚度介于I微米至10微米之间。在传统的微电极系统中,所产生的电场除径向电场之外,还包括纵向电场部分。而本实施例的微电极系统中，双螺旋结构的第一电极和第二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，使得线性扩散电流被减弱，而非线性扩散电流被保留，响应电流可以迅速达到稳态。在本专利技术的另ー个优选的实施例微电极系统中，第一电极和第二电极呈三维结构，其宽度、高度和两者的间距介于I微米至200微米之间。本实施例的微电极系统中，电极之间间距只有微米级，电场集中在反应表面，使得电子交換迅速，有效利用了微电极阵列的放大效应，从而提高了响应信号。优选地，第一电极和第二电极的宽度介于5微米至20微米之间；其高度大于其宽度，介于10微米至50微米之间；两者间距介于5微米至20微米之间。在本专利技术的另ー个优选的实施例微电极系统中，第一电极和第二电极的材料为敏感金属材料，该敏感金属材料为金或钼。此外，第一电极和第二电极均包括非敏感金属材料主体和其侧面的敏感金属材料层，的非敏感金属材料为镍，敏感金属材料为金或钼。 根据本专利技术的另ー个方面，还提供了ー种电化学传感器，该电化学传感器包括上文中微电极系统。该微电极系统包括绝缘衬底；及形成于绝缘衬底上的彼此绝缘的第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极呈螺旋状，两者相互嵌套形成双螺旋结构。优选地，该微电极系统中，第一电极和第二电极呈螺旋渐开线状；第一电极和第二电极均包括伸出双螺旋结构的接线端，该接线端用干与外部电极相连接。根据本专利技术的另ー个方面，还提供了一种制备微电极系统的方法，该方法包括步骤S02，在绝缘衬底上沉积电镀种子层；步骤S04，在所沉积的电镀种子层上旋涂光刻胶；步骤S06，对所旋涂的光刻胶进行光刻，露出电镀种子层，形成双螺旋结构图形；步骤S08，利用所沉积的电镀种子层，在形成的双螺旋结构图形中微电镀形成第一电极和第二电极；及步骤S10，去除剩余的光刻胶和电镀种子层。以下将在上述实施例的基础上，对本专利技术的最优实施例-微电极系统进行说明。图I为本专利技术实施例微电极系统的结构示意图。如图I所示，该双螺旋结构的微电极系统由绝缘衬底(3)和ー对尺寸在微米级、呈螺旋渐开线状的立体电极(1，2)构成，两个立体电极形成类似于中部有间隙的蚊香盘的双螺旋盘状结构。在上述电极结构之上修饰绝缘层(4),该绝缘层(4)可为氮化娃或氧化娃。该电极结构只有相对的ー对微电极的侧壁(5,6)是敏感金属材料。该立体电极的主体材料为镍，其侧壁(5，6)具有敏感金属材料金或钼。本专利技术双螺旋结构微电极系统，采用MEMS技术和微电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种双螺旋结构的微电极系统，用于电化学检测，其特征在于，该微电极系统包括 绝缘衬底；及 形成于绝缘衬底上的第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极呈螺旋状，两者彼此绝缘，并相互嵌套形成双螺旋结构。2.根据权利要求I所述的微电极系统，其特征在于所述第一电极和第二电极与所述绝缘衬底相対的另ー侧具有绝缘层。3.根据权利要求I所述的微电极系统，其特征在于所述第一电极和所述第二电极呈三维结构，其宽度、高度和两者的间距介于I微米至200微米之间。4.根据权利要求I所述的微电极系统，其特征在于 所述第一电极和第二电极呈螺旋渐开线状； 所述第一电极和所述第二电极均包括伸出所述双螺旋结构的接线端，该接线端用干与外部电极相连接。5.根据权利要求2所述的微电极系统，其特征在于所述绝缘层为ニ氧化硅层，该ニ氧化硅层的厚度介于I微米至10微米之间。6.根据权利要求3所述的微电极系统，其特征在于所述第一电极和第二电极的宽度介于5微米至20微米之间；其高度大于所述其宽度，介于10微米至50微米之间；两者间距介于5微米至20微米之间。7.根据权利要求I至6中任一项所述的微电极系统，其特征在于 所述第一电极和第二电极的材料为敏感金属材料，该敏感金属材料为金或钼，或所述第一电极和第二电极均包括非敏感金属材料主体和其侧面的敏感金属材料层，所述的非敏感金属材料为镍，所述敏感金属材料为金或钼。8.根据权利要求I至6中任一项所述的微电极系统，其特征在于所述绝缘衬底为玻璃或经绝缘处理的硅衬底。9.ー种电化学传感器，其特征在于，该电化学传感器包括权利要求1-8中任一项所述的双螺旋结构微电极系统。10.一种制备双螺旋结构微电极系统的方法，其特征在干，该制备方法用于制备如权利要求I至...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏善红，薛茜男，边超，佟建华，孙楫舟，张虹，李洋，白银，卞贺明，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：