[发明专利]一种用于微流控芯片的同轴微电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合微电极的设计和制备，特别涉及一种是具有微米级分辨率并能有效屏蔽外界电场耦合的同轴微电极特殊结构及其制备方法。 

背景技术

微流控芯片已经变成了研究生化分析和医药分析等领域一个强大的平台，正日益发挥着越来越重要的作用。检测系统是整个芯片系统最重要的部分之一，理想的检测系统的一般要求包括高的分离效率，广泛的应用，易于小型化和集成，高的灵敏度等等。电化学检测成本低、灵敏度高、易于集成，检测对象广泛，已经越来越受到人们的重视。其中，安培检测是电化学检测中一种最常见的检测方式。然而，在微芯片-安培检测（μCE-AD）中由于分离系统和检测系统电路的共地 ,分离电压的微小波动 ,都会对安培检测产生很大的影响，安培检测通常受到芯片分离高压的强烈干扰。 

一些论文报了通过使用铂系金属尤其是钯去耦合的方式进行安培检测，但是这类铂系金属去耦电极不能完全隔离分离电压,同时吸氢具有饱和性 ,使用寿命较短。也有通过在管道内设置微孔阵列或填充醋酸纤维素去耦的方式可以把分离电压的影响降到很小，这种微孔去耦器去耦效果较好 ,使用寿命较长 ,但通道结构复杂 ,增加了芯片加工的复杂性，并且去耦器的存在不可避免地由于去耦器与工作电极间的距离导致了额外的柱效应。 

在高电场耦合的检测环境下样品浓度和电场耦合强度是一对矛盾。如果工作电极距离通道较远 ,虽然分离电压的干扰会基本消除 ,但是样品区带扩散会很严重 ,从而降低检测灵敏度。如果工作电极距离通道出口较近 ,虽然可以减小试样区带扩张 ,但是分离电压的干扰会很严重。因此一个理想的柱端检测设计既要满足减小工作电极处的残余电场 ,又不至于造成大的谱带扩张。为此发展一种能够不受外界电场影响而进行工作的电化学检测系统是必要的，它将大大提升微区分析的灵敏度和适用环境。另外如果这种电极兼具可重复利用性和制备的简易性廉价性将更加有利于它的工业化。 

发明内容

本发明的目的是提供一种具有可减小甚至消除微流控芯片分离通道中高压电场对电化学检测电位影响的同轴结构，且制备方法简单，造价低廉，可重复使用的微电极。 

本发明的另一个目的是提供一种上述微电极的制备方法。 

本发明的技术方案如下。 

一种用于微流控芯片的同轴微电极包括工作电极和参比电极，工作电极是插入玻璃管圆锥尖端微孔内的导电细丝，导电细丝通过玻璃管壁与参比电极形成天然绝缘层，其一端与玻璃管圆锥尖端截断处形成的微孔平面齐平，另一端通过与石墨碳粉和铜丝连接形成导电通路引出玻璃管，导电细丝为金丝、铂丝、铜丝、银丝或者碳纤维丝，导电细丝和铜丝通过UV胶水与玻璃管内壁固定；参比电极是是涂覆在玻璃管圆锥尖端外壁的导电层，导电层用绝缘胶绝缘作为导通线路的一部分，只在玻璃管尖端截断微孔平面处裸露出来，并由一端去掉部分外皮通过缠绕导电胶布而固定在玻璃管表面的漆皮铜丝引出，导电层通过真空溅射、磁控溅射或化学镀的方法涂覆在玻璃管表面，金属层为金、铂、碳或银，厚度为纳米级。 

 将参比金属电极以环状包覆的形式结合在盘状工作电极外侧，形成均匀的电场屏蔽层。由于参比电极和工作电极位于同一平面，且面积在微米量级，有效保证了两电极在使用时近似位于外电场等位面上，不受检测电位定向偏移的影响。另外参比金属层采用溅射或电镀的方法在玻璃表面直接形成，能够有效的降低增加额外电极带来的电极尺寸增大，有利于维持检测较小的空间分辨率。玻璃在两个电极间不仅充当机械支撑的作用利于电极表面通过打磨再生，还是良好的绝缘体，免除了额外的绝缘需求。 

 制备本发明的同轴微电极的方法，依次由以下几个步骤组成。 

（a）工作电极的制备：使用毛细管拉伸仪将玻璃管一端拉成带有圆锥尖端，去掉尖端封口形成微孔；将导电细丝插入微孔中，在孔外保留一定长度的导电细丝；在玻璃管另一端填入石墨碳粉，与导电细丝接触，并将一根铜丝插入玻璃管中形成导电通路引出玻璃管，导电细丝和铜丝通过UV胶水与玻璃管内壁固定；截断孔外保留的导电细丝，使其与玻璃管圆锥尖端微孔的截面齐平。 

（b）参比电极的制备：在玻璃管外壁涂覆一层导电层，用绝缘胶绝缘外壁部分的导电层作为导通线路的一部分，仅露出玻璃管圆锥尖端截断平面处微米级宽度的导电层作为参比电极，并用一端去掉部分外皮通过缠绕导电胶布而固定在玻璃管表面的漆皮铜丝引出，导电层通过真空溅射、磁控溅射或化学镀的方法涂覆在玻璃管表面，导电层为金、铂、碳或银，厚度为纳米级。