[发明专利]一种基于微电极阵列制备无酶生物传感器的方法

说明书

本发明公开了一种基于光刻蚀技术制备微电极阵列并修饰以导电基元及无机传感涂层制备电化学无酶传感器的制备方法，涉及高分子材料科学、光刻蚀技术、电化学传感器等领域。本发明中采用的光刻胶能够实现超高长径比微电极阵列的制备，在二维平面结构的基础上开发三维结构，大大增加涂层的比表面积，为制备高灵敏度电化学传感器奠定了基础，同时三维立体的微阵列结构提高了涂层表面的粗糙度，有利于传感涂层的有效负载。本发明中采用的原位电化学还原无机过渡金属纳米粒子的方法实现了具有电化学响应的无机传感涂层的制备，与导电微电极阵列具有协同作用。本发明所采用的技术操作简便，所构建的传感器对于待分析物具有灵敏度高、稳定性好等优点。

【技术领域】

本专利涉及电化学传感器领域及光刻蚀领域，尤其是涉及一种以光刻微电极阵列为基底修饰导电层及无机传感涂层的电极，并将其制备成无酶生物传感器的方法。

【背景技术】

近年来，人口老龄化、慢性病等问题越发严重，疾病的早期检测和干预显得尤为重要，与此同时，各类传感器件的研究成为了热点，其中以电化学传感器的研究最为集中。

电化学传感器是一种将生物信号转化成电信号，检测物质浓度及其他生物学响应的分析装置。通常由识别元件、换能器和信号放大装置构成，电极作为转换元件，将浓度信号转换成可测量的电信号作为响应信号，实现对目标分析物的定量或者定性分析。传统的电极是由二维平面结构构成，比表面积小，与识别元件的附着力差，导致构建的传感器件的灵敏度较低，电流响应较小，严重制约了传感器的发展。为此，研究者们进行了多重探索，发现提高电极材料与检测物的活性位点即提高电极材料的比表面积是最为直接有效的方法，因此，他们提出了采用零维的纳米粒子、一维的纳米线、二维的纳米片和三维的阵列结构等一系列方法，其中最有效的是3D结构上的改进方法。

3D结构上增大比表面积的方法通常有制备多孔结构、微阵列结构及复合微结构等，这些方法都能够明显提高传感器的灵敏度及电流响应，但多孔结构和复合微结构的制备具有不可控性，批间差异性大，不利于商业化的大面积推广，而微阵列结构就展现了可控性强、批间差异性小的优势，同时还具有高响应电流，高信噪比，快响应速率等优点，这是其他结构都无法比拟的优势。制备微电极阵列的方法通常有化学气相沉积法、光刻蚀法及水热法等，其中以光刻蚀的方法设计性最强，可控性最强，所需反应条件最温和，能够将微电极阵列本身结构的优势扩展到最大。

光刻蚀指在光照作用下，借助光致抗蚀剂将掩膜板上的图形转移到基片上的过程。其中最精髓的部分就是所用的光刻胶，根据反应机理的不同可分为正性光刻胶和负性光刻胶，正性光刻胶的特点是曝光部分被洗去留下背光部分，负性光刻胶的特点是曝光部分发生交联从而被留下。近年来光刻蚀也被越来越多地应用到传感领域中，代表性的器件就是叉指电极，叉指电极虽然也能在一定程度上增大电极材料的比表面积，但具有很强的局限性。

因此，采用光刻蚀的方法制备高比表面积的微电极阵列并应用于电化学传感中，开发具有高灵敏度及快响应时间的电化学传感器具有重要意义。

【发明内容】

针对现有技术存在的上述问题，本发明旨在提供一种基于光刻蚀技术制备微电极阵列并修饰以导电基元及无酶传感涂层制备电化学无酶传感器的方法。本发明中采用的负性光刻胶能够实现高长径比微电极阵列的制备，在二维平面结构的基础上开发三维结构，大大增加涂层的比表面积，为制备高灵敏度的电化学传感器奠定了基础，同时三维立体的微阵列结构在一定程度上提高了涂层表面的粗糙度，有利于电极表面的有效负载。本发明中采用的原位电化学还原无机过渡金属纳米粒子的方法实现了具有电化学响应的无机传感涂层的制备，与导电微电极阵列具有协同作用，将高比表面积的优势进一步扩大。本发明所采用的技术操作简便，所构建的传感器对于待分析物具有灵敏度高、稳定性好等优点。

本发明的技术方案如下：

一种基于微电极阵列制备无酶生物传感器的方法，光刻微电极阵列的制备、导电层的制备及电化学无酶传感器的构建的具体步骤如下：

(1)光刻微电极阵列的制备