摘要

叉指微電極因其微小的電極間距結(jié)構(gòu)可用于各種小型化傳感器。對(duì)于傳統(tǒng)分析檢測(cè)，包括色譜法、光譜法、質(zhì)譜等方法，大多都需要昂貴的儀器和多種操作步驟，使得許多實(shí)際問題仍面臨困難。開發(fā)高靈敏度、低成本，小型化的傳感器尤為重要。本文綜述了叉指微電極的研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了基于叉指微電極的傳感器在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

1.引言

最開始制造叉指微電極結(jié)構(gòu)是為了通過增加有效長度從而增加電極間的電容[1]。后來由于其叉指微電極在檢測(cè)時(shí)加快了檢測(cè)速率、提高了靈敏度和信噪比，并減少了被測(cè)物的使用量，因此被用作各生物傳感器的核心部件[2]；在這篇綜述中，我們簡(jiǎn)要討論了叉指微電極的基本結(jié)構(gòu)形狀、分類、制備及其應(yīng)用。然后，我們介紹了基于叉指微電極的各傳感器在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，展望了叉指微電極在未來發(fā)展微型傳感器的前景。

2.叉指微電極

2.1.叉指微電極的結(jié)構(gòu)及形狀

叉指微電極結(jié)構(gòu)如圖1所示，具有微小的電極間距結(jié)構(gòu)。該裝置的便攜性和低成本使其適用于實(shí)際生活的使用。

(a)(b)

Figure 1.(a)Schematic diagram of interdigital microelectrode structure;(b)physical diagram of interdigital microelectrode

圖1.(a)叉指微電極結(jié)構(gòu)示意圖；(b)叉指微電極實(shí)物圖

不同領(lǐng)域?qū)Σ嬷肝㈦姌O的結(jié)構(gòu)參數(shù)有不同的要求。如圖2所示，列出了幾種常見的叉指微電極結(jié)構(gòu)，其形狀主要有圓形、矩形。

圓形叉指微電極又包括螺旋叉指結(jié)構(gòu)和同心叉指結(jié)構(gòu)，如圖3所示。與矩形叉指微電極相比，螺旋和同心叉指微電極具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，因此產(chǎn)生的電容對(duì)傳感器和被測(cè)材料的相對(duì)取向不太敏感。

螺旋和同心的叉指微電極的每個(gè)電極與其相鄰的帶相反電荷的指相互作用，與先前開發(fā)的圓盤和圓環(huán)結(jié)構(gòu)相比，圓形叉指結(jié)構(gòu)比圓盤和環(huán)形結(jié)構(gòu)的電極具有更大的敏感區(qū)域，覆蓋了更多的電極總表面積，其相互作用面積與微電極表面積之比大得多，具有更高的信噪比和更好的材料特性描述精度。因此，在電極直徑相同的情況下，叉指結(jié)構(gòu)的電容比簡(jiǎn)單的盤環(huán)結(jié)構(gòu)的電容大得多，靈敏度也高許多[3]。

Figure 2.Several common interdigital microelectrode structures 圖2.幾種常見的叉指微電極結(jié)構(gòu)

Figure 3.Helical interdigital microelectrode and concentric interdigital microelectrode 圖3.螺旋叉指微電極及同心叉指微電極

2.2.叉指微電極的分類

叉指微電極大體上可分為剛性電極和柔性電極。在非接觸測(cè)量中，剛性基底或剛性電極設(shè)計(jì)是有利的，在這種情況下，為了能夠利用基于模型的參數(shù)計(jì)算法，保持電極結(jié)構(gòu)的良好幾何結(jié)構(gòu)是很重要的。

細(xì)分的話，按照基底材料的不同，叉指微電極大體可分為：氧化鋁陶瓷基底叉指微電極、聚合物叉指微電極、多孔金修飾叉指微電極、二氧化硅叉指微電極、石英玻璃叉指微電極。

陶瓷基底叉指微電極較穩(wěn)定，有良好的惰性，具有高導(dǎo)熱性和高介電常數(shù)的特性，可耐酸堿、耐腐蝕、耐高溫，很多條件下都比較適用[4]。

聚合物叉指微電極種類多，價(jià)格低，介電性、透明性良好。以目前發(fā)展應(yīng)用來看，其在一次性芯片的應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)性。以聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)/聚酰亞胺(PI)48柔性叉指微電極為例[5]，柔性基底是高分子基底，PET為半透明材料基底，PI為黃色基底；柔性叉指微電極可拉伸可彎曲，PI基底相對(duì)比較柔軟，可以貼合人體皮膚，實(shí)時(shí)傳輸檢測(cè)信號(hào)，具有多層卷繞、性能倍增的特性，可大幅度提高電池和超級(jí)電容器的整體性能，提高體積比容量。還可用于柔性醫(yī)療傳感器、可穿戴式傳感器。但是在耐高溫，耐腐蝕方面相對(duì)弱一些，PI柔性叉指電極使用溫度最高可達(dá)150℃，PET柔性叉指電極則為80℃。

多孔金修飾叉指微電極能夠增加電極活性材料的負(fù)載量，電極比表面積的增大可以使化學(xué)傳感器的檢測(cè)更加靈敏。應(yīng)用于電池、超級(jí)電容器和燃料電池領(lǐng)域中電池活性材料的評(píng)估。

二氧化硅叉指微電極：跟陶瓷基底類似，但二氧化硅易寄生電容，不利檢測(cè)。如果用在傳感器中不需要用到銅層和鎳層的情況下，可選擇硅基叉指電極，可以在硅基上直接濺射鈦氫，可直接避免銅層和鎳層的干擾，因此提高檢測(cè)靈敏度[6]。

石英玻璃也是叉指微電極中常用的基底材料，電滲及光學(xué)特性良好，在制作微流控芯片領(lǐng)域應(yīng)用尤為廣泛，但價(jià)格較高。

2.3.叉指微電極的制備

叉指微電極的制備最重要的是保證靈敏度，基于此選取電極和基底的材料是十分重要的，不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ诓牧系倪x取有所不同。由于制作基底材料常見為石英玻璃，以其為例介紹石英玻璃叉指微電極的制作流程。

生長在石英玻璃基底上的薄膜的黏附性取決于玻璃的潔凈度。由于后續(xù)工藝流程中含有在酸性溶液中的濕法腐蝕等工藝[7]，所以在第一步工藝中希望能盡量把玻璃基底清洗干凈。先在食人魚刻蝕液中進(jìn)行搖晃浸泡20秒左右，徹底清除附著于石英玻璃基底上的幾乎所有有機(jī)質(zhì)；接著依次放入各酸堿性溶液、有機(jī)溶液中進(jìn)行超聲清洗，以將其顆粒污染及金屬離子污染去除，之后用干凈的高純N2吹去玻璃片上的水分，最后放入干燥箱中充分干燥。

叉指微電極結(jié)構(gòu)最為常見的是用鉻、金材料制作，此外，氧化銦錫材料具有電阻率低、透光率高、加工性能好、耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)，也是一種良好的電極材料[8]。首先需要在玻璃基底上濺射生長一層均勻覆蓋的薄膜。將上一步工藝過程中清洗好的玻璃片放入電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)中，抽真空后，先蒸鍍50厚度的鉻金屬層，再蒸鍍1000厚度的金層，最后升溫到300℃進(jìn)行熱處理，這樣可以提高金電極和基底之間的黏附性。然后使用簡(jiǎn)單的單掩模光刻工藝進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)圖和器件的顯影。簡(jiǎn)而言之，將雙層負(fù)性光致抗蝕劑旋涂到基底和掩模上[9]，光刻結(jié)束后，光刻膠的電極圖案就在鉻金金屬薄膜表面上形成了。

通過標(biāo)準(zhǔn)光刻法制造了具有不同間隙尺寸和幾何形狀的叉指金微電極如圖4所示。

Figure 4.Interdigital gold microelectrodes with different gap sizes and geometries 圖4.具有不同間隙尺寸和幾何形狀的叉指金微電極

3.叉指微電極的應(yīng)用

3.1.生物傳感器

生物傳感器能夠檢測(cè)出與神經(jīng)性疾病和幾種不同類型癌癥相關(guān)的特定分子。如帕金森氏病、阿爾茨海默病、宮頸癌，乳腺癌等。叉指微電極已用于生物傳感器的構(gòu)建，下面列舉幾例。

3.1.1.檢測(cè)多巴胺

鑒于世界范圍內(nèi)老年人口的增長，近年來，老年人大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的疾病引起了極大的關(guān)注。每年有5000多萬人被診斷患有神經(jīng)系統(tǒng)疾病。由于神經(jīng)系統(tǒng)疾病使人類健康變得相當(dāng)復(fù)雜，因此十分需要與這些疾病相關(guān)的預(yù)防和治療方案。為了滿足這一要求，在神經(jīng)科學(xué)研究的各個(gè)方面開展了大量工作，以開發(fā)先進(jìn)的治療和預(yù)防策略。神經(jīng)元的細(xì)胞培養(yǎng)物多巴胺是一種簡(jiǎn)單的兒茶酚胺類化合物，被認(rèn)為是與精神健康問題直接相關(guān)的重要神經(jīng)遞質(zhì)之一。神經(jīng)系統(tǒng)的明顯功能障礙與多巴胺的缺乏(如帕金森氏病)或過量(精神分裂癥)有關(guān)。電化學(xué)利用了多巴胺的易氧化性，為提高靈敏度和選擇性需要對(duì)電極進(jìn)行修飾。利用碳纖維作為檢測(cè)探針或微透析取樣，需要復(fù)雜的準(zhǔn)備和工具。一種多功能微電極芯片就可以克服這些限制，它能夠同時(shí)記錄電信號(hào)和化學(xué)信號(hào)，從而獲得最佳的時(shí)間和空間分辨率。據(jù)這是第一個(gè)以電子和生物化學(xué)方式被賦予多種記錄形式的復(fù)雜芯片，見圖5。芯片的制造產(chǎn)生了一種有利于細(xì)胞粘附和神經(jīng)化學(xué)檢測(cè)的微結(jié)構(gòu)[10]。

(a)(b)(c)

Figure 5.(a)optical micrograph of a multifunctional multi electrode neural chip composed of 40 electrical recording points,8 interdigital microelectrodes and 4 grounding ports;(b)an enlarged top view of the central part of the chip;(c)an enlarged view of the integrated circuit containing the gold generator and platinum collector interdigital microelectrode

圖5.(a)由40個(gè)電記錄點(diǎn)、8個(gè)叉指微電極和4個(gè)接地端口組成的多功能多電極神經(jīng)芯片的光學(xué)顯微照片；(b)芯片中央部分的放大俯視圖；(c)包含金發(fā)生器和鉑集電極叉指微電極的集成電路的放大圖

3.1.2.檢測(cè)細(xì)胞

細(xì)胞附著是組織或腫瘤形成過程的初始步驟，包括細(xì)胞生長、遷移、代謝、分裂、分化、轉(zhuǎn)移和凋亡。測(cè)定細(xì)胞附著，通常使用直接細(xì)胞計(jì)數(shù)和比色方法，甚至原子力顯微鏡也曾試圖研究細(xì)胞和底物之間的微觀相互作用，這些方法是費(fèi)力的。一種基于阻抗測(cè)量的實(shí)時(shí)技術(shù)的開發(fā)建立了細(xì)胞/基質(zhì)界面的電模型。界面阻抗反映了細(xì)胞狀態(tài)，如微電極上的擴(kuò)散和形態(tài)變化。同時(shí)叉指微電極的設(shè)計(jì)用來獲得細(xì)胞生理狀態(tài)的阻抗數(shù)據(jù)，使用阻抗測(cè)量系統(tǒng)和具有叉指微電極的細(xì)胞培養(yǎng)室來監(jiān)測(cè)細(xì)胞在電極上附著過程中的阻抗響應(yīng)，見圖6。發(fā)現(xiàn)較低頻率下的電導(dǎo)變化有助于量化細(xì)胞附著的程度，有助于確定初始和最終狀態(tài)的時(shí)間，也有助于研究細(xì)胞附著材料的生物相容性。從導(dǎo)納變化判斷，當(dāng)電極用RGD-C肽修飾時(shí)，細(xì)胞附著變得容易，該肽是一種對(duì)纖維素表面具有高親和力的人工肽。該系統(tǒng)可用于估計(jì)接種細(xì)胞的密度和表征具有合適細(xì)胞親和力的生物相容性材料[11]。

3.1.3.血清中前列腺癌生物標(biāo)志物的檢測(cè)

前列腺癌占所有癌癥病例的29%，全世界有13%的死亡記錄。它的“沉默”性質(zhì)意味著癥狀很難被檢測(cè)到，因此當(dāng)癥狀占優(yōu)勢(shì)時(shí)，它就已經(jīng)意味著癌癥的轉(zhuǎn)移。

目前實(shí)踐中多依賴于常規(guī)酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)檢測(cè)前列腺特異性抗原(PSA)標(biāo)記物濃度，酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)的高靈敏度和可靠性是不可否認(rèn)的；然而，其對(duì)標(biāo)簽的要求、高復(fù)雜性、所需勞動(dòng)力、成本和非便攜式特征已經(jīng)形成了需要填補(bǔ)的技術(shù)漏洞。因此，需要一種更簡(jiǎn)單、更便宜、更可靠、更可靠和快速的技術(shù)來檢測(cè)血液中的癌癥生物標(biāo)志物。消除標(biāo)簽或標(biāo)記可以導(dǎo)致生物標(biāo)記檢測(cè)的更簡(jiǎn)單、更便宜的替代方法，但是它會(huì)在復(fù)雜的樣品中產(chǎn)生非特異性的相互作用而降低了設(shè)備的性能。

Figure 6.(a)Schematic diagram of interdigital microelectrode;(b)photo of MDCK cells growing on the microelectrode plate 圖6.(a)叉指微電極示意圖；(b)在微電極板上生長的MDCK細(xì)胞的照片

利用氨基硅烷化技術(shù)、有效的自組裝單層(SAM)，提出了一種簡(jiǎn)單的單掩膜金叉指三微電極生物傳感器，用于早期檢測(cè)前列腺癌的生物標(biāo)志物——前列腺特異性抗原(PSA)[12]。與大多數(shù)叉指電極生物傳感器不同，生物識(shí)別發(fā)生在叉指電極之間，這提高了傳感器的靈敏度和檢測(cè)限。所開發(fā)的傳感器具有作為便攜式前列腺癌生物傳感器的巨大潛力，也是生物分子傳感的通用平臺(tái)，具有實(shí)現(xiàn)納米粒子和其他表面化學(xué)用于各種應(yīng)用的多功能性。

3.1.4.檢測(cè)蛋白質(zhì)

在過去的幾十年里，糖尿病已經(jīng)成為一個(gè)嚴(yán)重的全球性健康問題，根據(jù)2010年全球預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)，糖尿病患者超過2.2億，其中大多數(shù)患有2型糖尿病。因此，對(duì)糖尿病的研究，如對(duì)其發(fā)病機(jī)制的理解以及對(duì)其長期并發(fā)癥的預(yù)防或改善，變得越來越重要。糖化血紅蛋白(HbA1c)的檢測(cè)是糖尿病長期血糖控制指標(biāo)中最重要的診斷檢測(cè)之一[13]。一種基于阻抗測(cè)量的無標(biāo)記親和生物傳感器被用于HbA1c檢測(cè)(如圖7所示)，具有價(jià)格經(jīng)濟(jì)、樣品體積小、實(shí)驗(yàn)中不需要額外試劑的優(yōu)勢(shì)。該傳感器中環(huán)形叉指微電極的設(shè)計(jì)不僅有利于促進(jìn)HbA1c的均勻分布以及提高它的固定效率，還能被進(jìn)一步用于表征阻抗變化和識(shí)別HbA1c的各種濃度。用噻吩-3-硼酸(T3BA)自組裝單層膜修飾金電極表面。然后，HbA1c和T3BA在電極表面上發(fā)生酯化反應(yīng)使得阻抗相對(duì)變化。T3BA自組裝單層的環(huán)形叉指微電極傳感器具有檢測(cè)范圍寬(100到10 ng/mL)，產(chǎn)生阻抗的近似對(duì)數(shù)下降，檢測(cè)限低(1 ng/mL)的特點(diǎn)，在檢測(cè)HbA1c時(shí)，它具備良好的選擇性和短期穩(wěn)定性。小型化和低成本的顯著優(yōu)勢(shì)填補(bǔ)了便攜式傳感器的點(diǎn)護(hù)理診斷的空白。

環(huán)形叉指微電極已被用于使薄層徑向流動(dòng)池小型化以提高檢測(cè)靈敏度。環(huán)形叉指微電極通過在電極和分析物之間保持一個(gè)薄的擴(kuò)散層，使細(xì)胞在工作電極表面均勻分布。環(huán)形叉指微電極具有叉指陣列和微電極的所有優(yōu)點(diǎn)，例如高法拉第電流。環(huán)形叉指微電極可應(yīng)用于高效液相色譜電化學(xué)檢測(cè)器、不同生物分子的選擇性檢測(cè)和微球液相色譜檢測(cè)等。其各項(xiàng)應(yīng)用基于不同理論的各種檢測(cè)技術(shù)，包括光學(xué)、電化學(xué)、放射性和壓電原理。

與平行面對(duì)電極相比，叉指微電極更方便。此外，叉指微電極的主要優(yōu)點(diǎn)是電場(chǎng)集中在電極表面。為了實(shí)現(xiàn)HbA1c的集中化，環(huán)狀叉指結(jié)構(gòu)的應(yīng)用是必要的。因此，普通矩形結(jié)構(gòu)的叉指微電極被環(huán)形結(jié)構(gòu)代替，這改善了非均勻電場(chǎng)問題，有效地減少了電場(chǎng)分裂并提高了檢測(cè)穩(wěn)定性。環(huán)形叉指微電極結(jié)合了量子點(diǎn)的主動(dòng)操控和雙螺旋電極的優(yōu)點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)bA1c集中在電極表面測(cè)量，并在同一電極上完成集中捕獲和檢測(cè)。

(a)(b)Figure 7.(a)Ring interdigital electrode based on PDMS;(b)Microscopic image of impedance measurement chip 圖7.(a)基于PDMS的環(huán)形叉指電極；(b)阻抗測(cè)量芯片的顯微圖像

3.1.5.檢測(cè)生物膜的形成

生物膜的形成是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，可分為幾個(gè)階段，主要包括細(xì)菌細(xì)胞的表面附著、生物膜的成熟和生物膜的分散。生物膜的結(jié)構(gòu)和細(xì)菌代謝在不同的生長階段有很大不同，需要密切監(jiān)測(cè)生物膜中的細(xì)菌存活條件，并表征生物膜形成過程的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。生物膜的常規(guī)檢測(cè)方法有結(jié)晶紫染色和使用共聚焦激光掃描顯微鏡的熒光成像方法，這些方法的預(yù)處理過程需要破壞生物膜結(jié)構(gòu)，并且僅用于在特定時(shí)刻的檢測(cè)和觀察生物膜[14]。

Figure 8.Biosensor chip for detecting biofilm formation process.(a)Schematic diagram of biofilm impedance detection system;(b)physical diagram of bio sensing chip 圖8.用于檢測(cè)生物膜形成過程的生物傳感器芯片。(a)生物膜阻抗檢測(cè)系統(tǒng)示意圖；(b)生物感應(yīng)晶片實(shí)物圖

叉指微電極的生物傳感器芯片，見圖8，可以應(yīng)用于監(jiān)測(cè)沙門氏菌和大腸桿菌生物膜的形成過程[15]。該生物傳感器芯片由帶有叉指微電極的玻璃基片和帶有微腔的PDMS層組成。利用生物傳感器芯片，在1 Hz至100 kHz的頻率范圍內(nèi)，用100毫伏的交流電壓對(duì)沙門氏菌和大腸桿菌生物膜進(jìn)行了48小時(shí)的電化學(xué)阻抗譜測(cè)量，結(jié)果表明生物膜的阻抗譜隨培養(yǎng)時(shí)間而變化。此外，生物膜的阻抗譜由生物膜電容和生物膜電阻參數(shù)的等效電路模型擬合[16]。結(jié)果表明，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長，呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，而則相反。這些變化趨勢(shì)與生物膜的形成過程相一致，即細(xì)菌附著在電極表面，然后形成成熟的生物膜，最后從生物膜中逃逸出來。此外，沙門氏菌和大腸桿菌的和隨培養(yǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì)也有很大差異。在相同的細(xì)菌培養(yǎng)條件下，阻抗檢測(cè)的結(jié)果與用結(jié)晶紫染色分析生物膜形成過程的結(jié)果一致。生物傳感器芯片具有實(shí)時(shí)性、連續(xù)性和非侵入性的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為生物膜的進(jìn)一步研究提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。

對(duì)于生物膜的阻抗檢測(cè)，選擇合適的電極是提高檢測(cè)效率的關(guān)鍵，與傳統(tǒng)電極相比，由一系列平行微帶電極組成的叉指微電極陣列在快速建立穩(wěn)態(tài)、快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和提高信噪比方面具有很好的優(yōu)勢(shì)。

3.2.化學(xué)傳感器

3.2.1.檢測(cè)毒死蜱

眾所周知，殺蟲劑在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和家庭應(yīng)用中廣泛用于保護(hù)種子和作物中，有機(jī)磷農(nóng)藥是主要的膽堿酯酶抑制神經(jīng)組織內(nèi)乙酰膽堿酯酶活性的抑制劑，可能影響人體健康。毒死蜱是一種普遍的殺蟲劑，用于控制農(nóng)業(yè)和蔬菜作物如谷物、堅(jiān)果、棉花和水果上的昆蟲和節(jié)肢動(dòng)物害蟲。然而，過量接觸毒死蜱可能會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)功能紊亂。因此，檢測(cè)農(nóng)業(yè)中殘留的毒死蜱已成為公眾關(guān)注的問題。

一種基于叉指微電極的電化學(xué)免疫傳感器，用于靈敏、特異、快速地檢測(cè)毒死蜱，見圖9[17]。通過蛋白A將抗毒死蜱單克隆抗體定向固定在金微電極表面，然后毒死蜱被固定的抗體捕獲，導(dǎo)致叉指微電極表面的阻抗變化。

同樣采用電化學(xué)阻抗譜技術(shù)，通過與抗體的部分結(jié)合，蛋白A被用作結(jié)合材料，目標(biāo)毒死蜱可以結(jié)合到微電極表面的抗體上，與對(duì)照樣品相比，引起阻抗的明顯變化。這種基于蛋白A固定叉指微電極的毒死蜱電化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，將毒死蜱抗體定向結(jié)合用于毒死蜱的檢測(cè)。通過測(cè)試，其他非目標(biāo)的呋喃丹、辛硫磷、西維因和3-羥基呋喃等小分子殺蟲劑很容易與毒死蜱區(qū)分開來，說明了該生物傳感器系統(tǒng)的特異性。這一結(jié)果表明，蛋白A是選擇性檢測(cè)小分子合適的生物受體。該生物傳感器系統(tǒng)經(jīng)進(jìn)一步優(yōu)化后，可用于實(shí)際樣品中毒死蜱的檢測(cè)分析，如污染食品。

Figure 9.Schematic diagram of interdigital microelectrode chlorpyrifos sensor 圖9.叉指微電極毒死蜱傳感器示意圖

3.2.2.抗生素檢測(cè)

四環(huán)素類抗生素是一種普通的抗生素，不僅用于畜禽業(yè)動(dòng)物疾病的預(yù)防和治療，還具有促進(jìn)生長的作用。不幸的是，當(dāng)它們被濫用時(shí)會(huì)表現(xiàn)出高急性的毒性，其中大多數(shù)對(duì)人體和環(huán)境有害。最近，許多分析方法用于四環(huán)素的檢測(cè)大多數(shù)都是耗時(shí)的，并且需要昂貴的設(shè)備。生物傳感器可以通過簡(jiǎn)化或消除樣品制備來替代當(dāng)前的分析方法，由于其快速響應(yīng)和靈敏度，已成為檢測(cè)抗生素的一種有前途的替代方法。基于叉指微電極，研制了銻錫氧化物納米粒子–殼聚糖修飾的自適應(yīng)傳感器，用于四環(huán)素的檢測(cè)[18]。將納米ATO-CS膜制備在微電極表面，然后將四環(huán)素適體修飾到膜上，制備成自適應(yīng)傳感器。結(jié)果表明，殼聚糖能均勻分散納米ATOs，使其牢固地固定在微電極表面。將納米ATOs引入殼聚糖膜可以有效促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，增強(qiáng)電化學(xué)響應(yīng)。用電化學(xué)阻抗譜表征制備過程的電化學(xué)性能。該傳感器靈敏度高，重復(fù)性和穩(wěn)定性好。此外，該傳感器已成功應(yīng)用于牛奶樣品中四環(huán)素的檢測(cè)。它有望成為食品分析和臨床診斷的有力工具。

3.2.3.硝酸鹽的檢測(cè)

水質(zhì)嚴(yán)重影響環(huán)境和人們的健康。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，水污染越來越嚴(yán)重。硝酸鹽是水中常見的污染物之一。水中硝酸鹽的積累會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。亞硝酸鹽的還原產(chǎn)物也可能導(dǎo)致嚴(yán)重的人類疾病[19]。因此，為了防止水中過量的硝酸鹽對(duì)環(huán)境和人體健康造成危害，對(duì)水中硝酸鹽的檢測(cè)具有重要的必要性和意義。世界衛(wèi)生組織建議飲用水的硝酸鹽含量不應(yīng)超過11毫克升。

許多種檢測(cè)硝酸鹽的方法[20]，例如光譜學(xué)、色譜法、毛細(xì)管電泳和電化學(xué)方法，雖然都可以實(shí)現(xiàn)不同要求下硝酸鹽的檢測(cè)，但由于儀器體積大、價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜，前三種方法在快速檢測(cè)方面存在很多局限性。電化學(xué)方法在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗脑O(shè)備易于操作，集成和自動(dòng)化。因此，電化學(xué)方法可以成為實(shí)現(xiàn)硝酸鹽濃度檢測(cè)的有效方法。鈀-金納米復(fù)合傳感膜修飾的叉指微電極芯片，用于中性水中硝酸根離子濃度的檢測(cè)[21]。微電極與復(fù)合金屬傳感膜結(jié)合，鈀和金納米粒子的協(xié)同作用增加了傳感膜的表面積，提高了催化活性。提高了中性水中硝酸鹽檢測(cè)的靈敏度和穩(wěn)定性。為中性水環(huán)境中硝酸鹽的靈敏檢測(cè)提供了一種可行的方法。

3.3.其他種類傳感器的應(yīng)用

氣體傳感器：柔性傳感器對(duì)微量極性有機(jī)氣體，例如：丙酮、甲醇和乙醇等，具有高靈敏度(0.10~0.17 ppm?1)，低檢測(cè)限(50 ppb)，快速響應(yīng)和脫附速率(小于2 min)，極寬的傳感范圍(從ppb級(jí)別至飽和蒸汽)，以及良好的重復(fù)性和可靠性。此外還有光電探測(cè)器、集總元件微波集成電路(MIC)、慢波設(shè)備、光聲表面設(shè)備、高溫超導(dǎo)體以及鐵電薄膜、濕度傳感器[22]等等應(yīng)用，本文主要介紹叉指微電極在電化學(xué)生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，叉指微電極在其他領(lǐng)域仍有廣泛應(yīng)用，在本文就不再做具體介紹。

4.總結(jié)與展望

本文介紹了叉指微電極的結(jié)構(gòu)及優(yōu)勢(shì)，描述了叉指微電極傳感器在各領(lǐng)域中的應(yīng)用，利用光刻技術(shù)大批量生產(chǎn)叉指微電極，使得傳感器的生產(chǎn)成本降低；此外，叉指微電極間介質(zhì)的阻抗變化能夠直接檢測(cè)，省略了用酶、熒光、放射性物質(zhì)等進(jìn)行標(biāo)記的過程，操作簡(jiǎn)化，對(duì)研制非標(biāo)記型生物傳感器十分有利。隨著人們對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需求的不斷增加，叉指微電極越來越受到關(guān)注，叉指微電極傳感器在各領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。其中微型化傳感器在生物檢測(cè)中受到了極大的關(guān)注，尤其是它在環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全以及醫(yī)療領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景。雖然有的生物傳感器已應(yīng)用于生活實(shí)際中，但更多的應(yīng)用前景正處于未被開發(fā)或正在開發(fā)階段。各類傳感器仍有許多需要攻克的地方：優(yōu)化傳感器設(shè)計(jì)，加大回收利用率，注重可持續(xù)環(huán)保等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，越來越多的新型設(shè)計(jì)將涌現(xiàn)，更多修飾電極的方法等著我們?nèi)ヌ剿餮邪l(fā)。