纳米传感器

微电极的制作
介绍一种超微碳纤维圆盘电极的制备则结 合了熔焊、胶粘和刻蚀三种技术。常把超 微碳纤维与铜丝焊接,用环氧树脂粘合剂封 入玻璃毛细管，露出电极尖端，在煤气灯 下将毛细管尖端烧融使碳纤维密封于毛细 管内，将碳纤维在煤气灯上继续进行火焰 蚀刻，制得图1所示的超微碳纤维圆盘电极。
微电极的制作
应用：
Baller将不同成分的聚合物溶液均 匀喷涂到阵列悬臂表面制成气体 传感器。用于成膜的聚合物分别 是聚乙烯吡啶(PVP)、聚氨基甲酸 乙酯(PU)、聚苯乙烯(PS)和聚甲 基丙烯酸甲酯(PMMA)。当气体分 子扩散进入聚合物修饰层时，引 起聚合物层膨胀，由于气体分子 与不同聚合物分子间相互作用存 在差异从而导致悬臂不同程度的 弯曲。
利用细胞培养技术，将嗅球神经元与微电极阵列(MEA)芯片耦合，构建一种 细胞网络传感器，用于对多点的嗅球神经元电活动进行同步观察与分析
采用微机械加工技术，在硅基底上设计了直径为20～50 μm的20通道金微 电极阵列(micro-electrode array，MEA)，用以构建能实时、连续、定量跟 踪哺乳动物细胞形态和增殖分化改变的细胞阻抗测试传感器(electric cellsubstrate impedance sensing，ECIS)，用于细胞与电极间的阻抗测试研究。
微电极阵列生物传感器
超微阵列电极是指由多个单超微电极组合 形成集合电极，在降低信噪比、提高测量 灵敏度的基础上，不仅获得了n倍单一超微 电极的电流强度(n为电极数目)，而且保持 着单一超微电极的优良特性。
当前阵列电极的制备技术主要有模板法、 光刻法两种。模板法又可分为电沉积法和 化学镀(非电镀)法，即分别采用电沉积和化 学镀的方法在模板上获得特定纳米结构材 料。
式中：Δz是微悬臂梁自由端的位移．Δσ为表面应力差，f和t分别是微悬 臂梁的长度和厚度，而E和ν分别是微悬臂梁制造材料的杨氏模量和泊松 比。 在动态模式下，表面吸附的物质改变了微悬臂梁的质量，引起微悬臂梁 共振频率减小，通过测量频率变化值可获知吸附物的质量。
式中： Δ m为微悬臂梁质量变化，k为悬臂弹性常数,f0和fm分别为吸附 物质前后微悬臂梁的振动频率。
微悬臂阵列生物传感 器
微悬臂（阵列）生物传感器
在微悬臂梁为中心的传感系统中，微悬臂梁的工作模态分为弯曲模 态和扭转模态两 种，而按照工作模式可以分为静态和动态模式两 种。 静态模式也叫形变模式，在这种模式 下，由于温度、湿度以及敏 感层吸附作用等的影响，微悬臂梁受到表面应力的作用产生弯曲， 其弯曲程度便可以反映出被测对象的特点。通过Stoney’s方程可在 悬臂弯曲的幅度与表面应力差之间建立联系。
f kf 2 m A
方程中：Δf —晶 体 吸 附 外 来 物 质 后 振 动 频的 变 化 （Hz）；k—常数；f—压电 晶 体 的 基 本 频 率 （MHz）；Δm—被吸附物质的质量；A—被吸 附 物所覆盖的面积。负号表示质量的增加导致频率 的下降。将活性物质至于晶体表面测得f1，晶片 置于气体或液体中，当生物活性物质与被测物质 发生反应形成复合物后，再测晶片频率f2，计算 Δ f。
他主要由压电晶体、振荡电路、差频电路、频率 计数器及计算机等部分组成。
常用的压电材料：石英（SIO2）、钽酸锂（LiTaO3） 晶体振动两种类型：体声波（bulk acoustic wave,
BAW）、表面声波(Surface acoustic wave , SAW)
1880 年，Jacques Curie 和 Pierre Curie 首先发现压 电现象。 晶体压电理论首先是由雅克·居里 和 皮 埃 尔·居 里 于 1880 年 提 出 的 ，1959 Sauerbrey 提出了气相中晶体表面所载质量与谐振频移 Sauerbrey 方程：
微电极在生物传感器中应用
•上图介绍的微电极阵列集成生物传感器 ,是一种具有纳米涂层的用于医学诊 断的生物芯片 ,可同时对血糖样品进行多个参数高效 、快捷的检测 。 •Wu等将Pt纳米粒子修饰到超微碳纤维电极(Pt/CFUME)表面，再以辣根过 氧化酶(HRP)为酶底，研制了对安培检测H2O2具有较好电催化还原响应的生 物传感器，对H2O2检出限为0.35μmol/L(S/N=3)。 •Zhu等通过电聚合制备了基于多层叉指型超微阵列电极的吡咯-葡萄糖氧化 酶(PPy /GOx)生物传感器,灵敏度达13.4nA /(mmol /L)。
特点
实验表明，当电极的尺寸从毫米级降至微米或纳米 级时，它呈现出许多不同于常规电极的特点，如：
（1）电极表面的液相传质速率加快，以致建 立稳态所需的时间大为缩短，提高了测量响应 速度；
（2）微电极上通过的电流很小，为纳安（nA） 或皮安（pA）级，体系的iR降很小，在高阻抗 体系（包括低支持电解质浓度甚至无支持电解 质溶液）的伏安测量中，可以不考虑欧姆电位 降的补偿；
纳米科学与健康
孙卫东
微纳生物传感器
微电极（阵列）生物传感器
超微电极有时又简称微电极，通常是指其 一维尺寸小于100μm ，或者小于扩散层厚 度的电极。微电极的种类很多：
按其材料不同，可分为铂、金、汞 微电极 和碳纤维微电极等等；
按其形状不同，可分为微盘电极、微环电 极、微球电极和组合式微电极。组合式微 电极是由众多的微电极组合而成，具有微 电极的特征，总的电流又比较大。
微悬臂生物传感器还可 用于以下方面：
•细胞检测 •蛋白质检测 •DNA检测 •小分子和药物检测 •有毒气体检测 •有机挥发气体检测 •易燃易爆气体检测
压电纳米生物传感器
利用压电生物传感器对表面电极区附着质量的敏 感性，并结合生物பைடு நூலகம்能分子（如抗体和抗原）之 间的选择特异性，使压电晶体表面产生微小的压 力变化，引起其振动频率改变可以制成压电生物 传感器。
（3）微电极上的稳态电流密度与电极尺寸成反比， 而充电电流密度与其无关，这有助于降低充电 电 流的干扰，提高测定灵敏度；
（4）微电极几乎是无损伤 测试，可以应用于生 物活体及单细胞分析。
微电极的基本电化学性质归纳起来主要有以下几个 方面：
1.容易达到稳态电流 2.微电极的时间常数很小 3.适用高阻抗溶液体系