[发明专利]一种光寻址方波/交流伏安电化学传感系统与方法

说明书

本发明公开了一种光寻址方波/交流伏安电化学传感系统与方法，将半导体芯片固定于检测池装置下端，在检测池装置上设有通孔容腔，将电化学检测装置的对电极和参比电极间隔放置于检测液内，电化学检测装置的工作电极与半导体芯片下端电连接，采用恒定激光照射场效应结构半导体芯片的特定位置，激发产生原位光生载流子，同时，利用电化学工作站的SWV或ACV功能调制半导体芯片外加电压，影响光生载流子的定向迁移和扩散过程，从而在外电路检测得到原位光电流，可实现对溶液pH值的检测和芯片表面阻抗的原位检测及成像，相较于传统的电化学分析方法，本发明具有空间分辨能力，为高通量、多位点的电化学检测提供了一种新的解决方案。

技术领域

本发明属于光电化学传感与成像技术，具体涉及一种光寻址方波/交流伏安电化学传感系统与方法。

背景技术

方波伏安法(square wave voltammetry，SWV)是在快速扫描的阶梯电压上迭加较大振幅的方波电压，记录方波正半周末期与方波负半周末期电流的差值，良好地消除了充电电流，又能在很短时间记录出电流-电势伏安图。交流伏安法(alternating currentvoltammetry，ACV)是在工作电极上施加一个随时间慢扫描的直流电势，并叠加一正弦波交流成分，测量电流的交流成分的幅值和和对应的相角，得到相应的交流伏安图。这两种方法具有多功能、高灵敏和高效能的特点，被广泛应用于物质的定量分析和动力学研究中。但是，常规SWV和ACV电分析法不具备空间分辨率，均以电极测量平均结果反映被测样本整体信息，难以满足高通量、多位点检测及传感需求，也无法对检测样本进行二维成像。

发明内容

本发明提出一种可寻址方波/交流伏安电化学传感与成像方法，实现具有空间分辨能力的表面电位和体系阻抗的传感与检测，以克服现有常规电化学检测技术缺乏空间分辨能力的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光寻址方波/交流伏安电化学传感系统，包括激光装置、半导体芯片、检测池装置、电化学检测装置、位移装置和光学成像装置；半导体芯片固定于检测池装置下端，检测池装置上设有通孔容腔，通孔容腔内用于放置检测液，检测液能够与半导体芯片上端面接触，电化学检测装置的对电极和参比电极间隔放置于检测液内，电化学检测装置的工作电极与半导体芯片下端电连接，激光装置和光学成像装置设置于检测池装置上端，光学成像装置的光源和激光装置的激光能够通过通孔容腔照射于半导体芯片上表面，半导体芯片和检测池装置固定于位移装置上。

进一步的，电化学检测装置包括电化学工作站、对电极、参比电极和工作电极，对电极与、参比电极和工作电极均与电化学工作站相连，电极采用铂丝，参比电极采用Ag/AgCl参比电极，工作电极连接于半导体芯片。

进一步的，激光装置包括激光控制器、激光器、准直透镜、分光棱镜和放大物镜，放大物镜设置于检测池装置上端，准直透镜设置于激光器激光发射端，分光棱镜设置于准直透镜和放大物镜之间，激光器连接于激光控制器。

进一步的，光学成像装置包括LED照明光源、场镜和CCD相机，CCD相机连接有计算机，计算机用于获取图像并存储，场镜设置于分光棱镜一侧，场镜、分光棱镜和放大物镜在一条直线上。

进一步的，半导体芯片采用pH敏感半导体芯片或阻抗敏感半导体芯片。

进一步的，pH敏感半导体芯片包括由上至下依次堆叠的敏感层、绝缘层、半导体层和欧姆接触层，欧姆接触层与电化学检测装置的工作电极电连接，敏感层与检测池装置内的电解液接触，，阻抗敏感半导体芯片包括上至下依次堆叠的绝缘层、半导体层和欧姆接触层，欧姆接触层与电化学检测装置的工作电极电连接，绝缘层与检测池装置内的电解液接触。

进一步的，检测池装置包括检测腔体和电连接片，检测腔体上设有通孔腔体，半导体芯片与检测腔体下端面密封接触，电连接片设置于半导体芯片下端，电连接片与半导体芯片电连接。

一种光寻址方波/交流伏安电化学成像方法，包括以下步骤：