[发明专利]一种多功能集成超微/纳米电极及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多功能集成的超微/纳米电极及其制备方法，包括：管状模具填充液态低熔点金属，将用于制备功能通道的管材穿入其中；待低熔点金属固化，去除模具；可以将内部包裹多种或多个用于制备不同功能通道的管材的固态低熔点金属块穿入玻璃管中间；加热使低熔点金属热熔固化后贴附住玻璃管内壁；拉制法制备出探针，探针尖端打磨抛光，去除探针前端低熔点金属。本发明基于拉制法制备出的超微/纳米电极能够实现多电极记录点、液体通道以及光通路的多功能和多通道集成，根据具体应用可以集成不同种类、数量和几何参数的功能通道，摆脱了传统拉制法中多孔玻璃管材孔洞数量对功能通道数量的限制。该种方法制备过程简单便捷，成本较低。

技术领域

本发明涉及微电极领域的电极制备，具体地，涉及一种多功能集成超微/纳米电极及其制备方法。

背景技术

电极工作区域的半径或宽度简称为一维尺度，人们将一维尺度处于100nm-25μm的电极称为超微电极，一维尺度在100nm以下的电极则称为纳米电极。同一维尺度通常处于毫米级别的常规电极相比，超微/纳米电极具有高电流密度、快速时间响应、低IR降、小RC时间常数、高信噪比、高传质速率以及易于达到稳态等优势。这些优势使其广泛应用于活体细胞/亚细胞级别监测分析、生物大分子分析、单分子检测、SECM和AFM中高分辨率成像、电化学反应机理研究等多个领域。

目前较为常见的一种超微/纳米电极制备方法采用局部加热玻璃管材(内部可封有贵金属等材料)，通过玻璃管材两端施加拉力制备出超微/纳米级别的超细尖端，继而通过抛光、沉积和表面修饰等工艺实现超微/纳米电极制备。该种方法工艺流程安全简单，且制备出的电极几何形貌具有高可控性和重复性。

随着对于空间分辨率、光刺激以及药物刺激等需求日益增加，在拉制法的基础上研究制备多功能集成的超微/纳米电极的方法具有十分重要的意义。

经过针对现有技术的检索发现：

瑞典哥德堡大学YuqingLin等人在AnalyticalChemistry，2012,84上撰文“Carbon-RingMicroelectrodeArraysforElectrochemicalImagingofSingleCellExocytosis:FabricationandCharacterization”，其首先将若干玻璃管材粘接在一起，继而通过丁烷火焰加热拉制和烷烃气体热解碳沉积成功制备出集成8个、10个、12个和15个碳电极记录点的超微电极阵列，提高了检测信号的空间分辨率，然而受到加工方法限制，制备出的单个碳电极记录点一维尺度普遍在15-25μm之间。

美国加州大学圣克鲁兹分校R.AdamSeger,PaoloActis等人在Nanoscale，2012,4上撰文“Voltagecontrollednano-injectionsystemforsingle-cellsurgery”，其采用拉制法拉制双孔玻璃管并在表面溅射一层金，通过控制施加电压的时间与幅值等参数实现细胞级别的显微注射，并且基于双给药通道能够将不同比例的两种药物同时注入单个细胞中。

英国帝国理工大学BinoyPauloseNadappuram，PaoloCadinu等人在NatureNanotechnology，2019，14中撰文“Nanoscaletweezersforsingle-cellbiopsies”，其采用拉制法拉制双孔玻璃管并结合烷烃气体热解碳沉积实现双碳电极集成，在此基础上通过介电泳技术实现DNA、蛋白质以及单个线粒体的俘获摄取。

综上所述，基于拉制法制备出的超微/纳米电极实现多电极记录点、给药通道以及光刺激等多种功能后，通过多通道和多功能的不同组合具备传统超微/纳米电极难以实现的功能。但是现有多功能超微/纳米电极制备方法具有诸多限制，如大多数方法使通过拉制双孔玻璃管材实现双通道集成，其集成度低且难以实现多功能的可控组合，因此亟需提出一种更加自由灵活的多功能集成超微/纳米电极制备方法。

发明内容