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近年來,微電極因其尺寸小的特點而具有一些與傳統(tǒng)毫米級電極不同的特點,如傳質(zhì)速率快、歐姆降(iRu drop,iR)小、時間常數(shù)(RC)小等,已經(jīng)成為檢測微量體積樣品和活體電化學分析的重要工具。然而目前采用的微電極多以玻璃毛細管作為絕緣套管,其剛性易碎,且易造成待測活體組織炎癥反應。盡管現(xiàn)有技術(shù)通過化學氣相沉積獲得基于非玻璃態(tài)的絕緣涂層的微電極,或通過激光刻蝕技術(shù)和噴墨打印技術(shù)獲得基于柔性基材的微電極,但這些技術(shù)制備過程復雜且儀器成本高。
因此仍需一種制作過程簡單、可重復使用且制作成本低廉的方法,以便于微電極的推廣使用。
表面可更新的貴金屬微電極結(jié)構(gòu)組成:
絕緣套管,其內(nèi)部注入有絕緣密封膠,絕緣密封膠中埋置有銅絲和貴金屬絲,銅絲的一端與貴金屬絲的一端連接,銅絲的另一端伸出絕緣套管的第一端,貴金屬絲的另一端與絕緣套管的第二端平齊。
表面可更新的金微電極的制備步驟:
步驟1、選取內(nèi)徑為1mm、外徑為2mm的聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene,PTFE)套管,使用精細剪修剪,控制其長度約為5mm;
步驟2、選取直徑為0.3mm、長度為7cm的筆直銅絲,以及直徑為50μm、長度為1.5cm的金絲;在所述銅絲的一端涂抹導電銀膠,將所述金絲的一端粘在銅絲涂抹導電銀膠的一端,在室溫空氣中晾5min,使導電銀膠固化;
所述導電銀膠室溫快速晾干無需高溫固化。
步驟3、將步驟2制得的通過導電銀膠粘接在一起的銅絲與金絲,一起穿入步驟1制得的PTFE套管中,使金絲遠離銅絲的端部伸出PTFE套管一端0.5cm;將PTFE套管的管腔通過環(huán)氧樹脂AB膠灌封,室溫固化24h;
環(huán)氧樹脂AB膠灌封作為絕緣密封層。
步驟4、將步驟3制得的密封的容納有金絲的PTFE套管的一端利用金剛石線切割機切割橫斷面,制得表面可更新的金微電極。
步驟5、將步驟4制得的表面可更新的金微電極用粒徑為0.05μm的氧化鋁粉拋光,并在去離子水沖洗后,置于含有0.1mol/L KCl支持電解質(zhì)的1mmol/LK3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6(1:1)氧化還原標準溶液中,采用以拋光后的表面可更新的貴金屬微盤電極為工作電極、以鉑絲為對電極和以Ag/AgCl(飽和KCl)為參比電極組成的三電極體系,在-0.2~0.5V電位窗口,以100mV/s的掃描速率進行循環(huán)伏安(CV)掃描處理,連續(xù)掃描5圈,記錄該表面可更新的貴金屬微盤電極的CV曲線。
圖1,將制得的表面可更新的貴金屬微盤電極通過連續(xù)掃描5圈的CV曲線的穩(wěn)定性表征制備電極的密封性,通過多根電極(n=3)拋光處理后的CV曲線的一致性(相對標準偏差,RSD值)表征制備電極的一致性,通過單根電極多次拋光處理后的CV曲線的穩(wěn)定性表征制備電極的穩(wěn)定性。
圖2,表面可更新的金微盤電極置于0.1mol/L的H2SO4水溶液中,采用以制得的表面可更新的金微盤電極為工作電極、以鉑絲為對電極和以Ag/AgCl(飽和KCl)為參比電極組成的三電極體系,在-0.1~1.5V電位窗口,以100mV/s的掃描速率進行CV掃描處理至CV曲線穩(wěn)定,記錄該表面可更新的金微盤電極的CV曲線。
圖2,將制得的表面可更新的金微盤電極通過CV曲線根據(jù)以下方法計算裸金微電極的電化學有效表面積和粗糙度系數(shù):實際面積為還原電荷(還原峰的積分面積)與理論電荷(400μC/cm2)的比值,粗糙度系數(shù)(Rf)為實際有效表面積與幾何面積之比。
表面可更新的金微電極的體外表征:以制得的金微電極為工作電極、以鉑絲為對電極、以Ag/AgCl(飽和KCl)為參比電極,組成三電極體系。金微電極在含有20μmol/L多巴胺(DA)的人工腦脊液(aCSF,pH7.4)中以不同掃速(20、40、60、80、100、150、200、250mV/s)利用CV法(-0.2~0.6V)進行分析;金微電極在含有0、20、40、60、80、100μmol/L DA的aCSF(pH7.4)溶液中以100mV/s利用CV法(-0.2~0.6V)進行分析。
以標準氧化還原電對體系的CV曲線作為目標驗證對象表征制備電極的密封性、一致性和穩(wěn)定性;以電化學清洗的CV曲線計算裸電極的電化學表面積;所使用的PTFE絕緣套管便宜易得,導電銀膠室溫空氣晾干5min即可無需高溫固化,環(huán)氧樹脂AB膠灌封操作簡單且固化后密封性好,采用自動化金剛石線切割機獲得平整的橫斷面制得一致性高的微盤電極,且制得的微盤電極不僅可重復使用,也可多次切割獲得新的橫斷面。與現(xiàn)有技術(shù)相比,表面可更新的貴金屬微電極的制備方法操作簡單、快速易行、儀器設備成本低;制得的表面可更新的貴金屬微電極一致性好、穩(wěn)定性好、具有一定的柔性不易損壞。即具有如下優(yōu)點:制備過程簡單、可重復使用且成本低。