一次性电化学生物传感器-丝网印刷电极

真正接触丝网印刷电极是在09年,那时从事丝网印刷电极的研发,做的是血铅的检测。现在23年又开始研究丝网印刷电极,准备做一些小产品,也有一些心得。
最熟悉的丝网印刷电极是将丝网印刷技术与介体酶电极结合制作而成的一次性酶电极,例如血糖条、尿酸条,酮体条等。这些产品已经成功商业化。 

图片

丝网印刷电极厚度在几um到100um之间,又称厚膜电极。因其制作成本低、重复性好、响应速度快、样品用量少以及制作易于自动化, 再加上一些产品商业化的成功经验,前景非常好。也就是将丝网印刷技术引入到其他电化学生物传感器的制作中为工业化生产提供了一条有实际意义的新思路,有利于解决在体、在线分析中电极响应的重现性、稳定性和交叉污染等问题。

图片

图1所示的自动平面丝网印刷机,主要由承印平台、平面网版、印刷头组件及相关传动装置组成,其中印刷头组件是丝网印刷机上最复杂的装置,由刮板叶片、夹持把、速度压力控制器和溢流板组成。图2是丝网印刷电极印刷的基本过程。丝网印刷印制前,开启真空吸附开关,将基板固定在承印平台上;并用印版夹持器将丝网网版固定好,在夹持点施加一定压力但不破坏网框;印刷时,先调整好刮板的高度和速度,使刮板在运行过程中将印刷浆料均匀铺展在整个网版上;然后调节回墨刀的角度和速度,运行回墨刀使浆料在一定压力下压入网版的网孔中,并刮回多余的油墨;印压完成后,丝网在张力的作用下自动回弹,使丝网与基片分离,得到预设浆料图案。丝网印刷电极基质最常用的有高分子材料如聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸 7–醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)以及无机材料氧化铝陶瓷、玻璃等。作为基质材料要求必须是电惰性的,同时易加工且价格低廉。在基质板材表面上印刷油墨,形成丝网印刷电极的结构及功能部分。油墨的种类很多,不同的油墨其物理和化学性质如导电性、黏度、耐热性、抗水性等不 同,印刷油墨按其是否导电可分为导电油墨和绝缘油墨两类。绝缘油墨用于印制传感器的绝缘层,一般为绝缘的高分子聚合物或陶瓷制品制成;导电油墨用于印制传感器的导电条和电极,其成份一般包括导电材料、黏合剂、溶剂、添加剂如图3所示。

图片

丝网印刷电极的基本原理是,丝网掩膜图案部分的网孔能够透过油墨,油墨按图案形状沉积至基板上:丝网掩膜上其余部分网孔被堵死不能透过油墨,在基板上形成空白,从而得到沉积了预设图案形状的印刷基板。传统的制版方法制备采用手工镂空制版,该方法操作复杂且费时;现在普遍采用光刻胶制版法,该方法先将丝网(可以是尼龙网、聚酯网或不锈钢网)绷紧固定在网框上,同时将光敏胶均匀涂布在丝网上,形成感光膜,然后将母片(含透光部位)密合在感光膜上, 经过一定时间曝光后,透光部分的光敏胶固化,丝网上此部分网孔因此被封闭;而不透光的图案部分仍然保持胶状,将胶溶解去除,即在丝网上形成不同形状的图案网孔。在丝网印刷时,油墨在一定的压力下透过网孔,将网版的电极结构印制在基片上,通过高温烘干,酶修饰和组装,切割后,制成微型一次性电极。对于同批次大量生产的丝网印刷电极,形状和结构等具有较高的一致性,电化学性质均匀。丝网印刷电极采用的导电油墨主要为导电碳浆和导电银浆两大类。目前常用导电碳浆,主要是相对于银浆,其成本比较低且导电能力好。银浆一般用于印制电极条的导电基线,主要是为了提高导电性,降低电阻和背景电流;而碳浆油墨印制覆盖在银轨上,阻隔银浆与待测溶液的接触,防止银浆暴露在空气中氧化从而影响电化学性能。丝网印刷电极包括工作电极和参比电极,常以碳电极作为工作电极,通过喷涂或者印刷将生物活性分子(如酶,抗体,核酸等)固定在电极 表面。参比电极常采用碳电极或者Ag/AgCl电极,当底物浓度较低时,常采用 Ag/AgCl降低电化学反应的本底噪音。采用丝网印刷技术制得的一次性使用电极具有制造成本低、大规模生产容易、重现性好、可实现微型化等优点,并且能解决酶等活性分子固定的一致性好、 减少介体的流失和电化学活性物质干扰等电化学生物传感器存在的重大问题。


评论

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注