[发明专利]一种测量细胞内pH的微电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极材料，尤其是涉及一种测量细胞内pH的微电极及其制备方法。

背景技术

pH值是细胞最基础、最重要的生理参数之一。细胞周围环境pH值的变化，对细胞状态影响十分重要。通过检测细胞及其周围环境的pH值，可了解pH与细胞的不同生理状态之间的关系。目前使用最广泛的pH检测电极为玻璃pH电极，它一般采用玻璃膜作为氢离子的敏感膜，极为脆弱。此外玻璃pH电极的尺寸较大，难以微型化，使用寿命较短的特点也限制它在生命科学领域的应用。金属/金属氧化物电极机械强度高，可塑性强，可用于极端环境下测试，并且易于微型化的特点，越来越受到人们关注而成为研究的热点。许多金属都可以作为基材用以制备金属/金属氧化物电极，其中W/WO_x电极具有良好的pH响应、良好的生物相容性，同时相对于其他贵金属氧化物pH电极，W/WO_x电极价格低廉，易于制备。因此W/WO₃电极是一种比较理想的用于生物体系pH值测量的材料。

制备测量细胞内pH的微电极的关键是电极的微型化和氢离子敏感氧化物膜的形成。对于金属电极，微型化的主要方法主要是化学刻蚀法。它的设备要求低，操作简单，易于控制，是获得小尺寸电极尖端的成熟技术。而在表面形成对氢离子敏感的氧化物膜，目前常用的方法包括灼烧法(参见文献：1.苗方文，郭义，张艳军等，复合针型钨/氧化钨微pH传感器的研制，传感器技术，1995，4：33-36；)、溅射法(参见文献：2.K.Aguir，C.Lemire，D.B.B.Lollman.Electrical Properties of Reactively Sputtered WO3 Thin Films as Ozone Gas Sensor.Sensors and Actuators，2002，B84：1-5；)、溶胶-凝胶法(参见文献：3.陈东初，赖阅腾，李文芳，氧化钨pH电化学传感器的H⁺响应行为研究，微纳电子技术，2007(Z1)：397-399；)、电化学循环伏安法(参见文献：4.Katsunobu Yamamoto，Guoyue Shi，Tianshu Zhou et al，Solid-state pH ultramicrosensor based on a tungstic oxide film fabricated on a tungsten nanoelectrode and its application to the study of endothelial cells，Analytica Chimica Acta 2003，480：109-117)。其中电化学循环伏安法制备氢离子敏感氧化物膜未见报道，与其它对氢离子敏感的氧化物膜的制备方法相比，电化学循环伏安法具有以下优点：

1)设备简单，操作方便，条件参数精确可控；

2)可以在形貌复杂的表面制备对氢离子敏感的氧化物膜；

发明内容

本发明的目的是提供一种制备工艺简单，成本低廉，操作简单，实验参数精确可控，可以在任何形状的表面制备对氢离子敏感的活性氧化钨膜，获得的pH电极体积小，响应速度较快，检测灵敏度较高，特别适用于对生物系统进行pH检测的测量细胞内pH的微电极及其制备方法。

所述测量细胞内pH的微电极设有金属基底，所述金属基底表面覆盖有一层对氢离子敏感的活性氧化钨膜，所述活性氧化钨膜是前驱体经过电化学循环伏安法形成的WO_X(X＝1～3)活性氧化钨膜。

所述测量细胞内pH的微电极的制备方法包括以下步骤：

1)将钨丝清洗，以除去表面的有机杂质，晾干后在NaOH中以石墨为对电极进行刻蚀，获得尖端尺寸在1μm以下的钨丝；

2)使用热熔胶包封钨丝，得pH电极，电极的尖端部分裸露；

3)在H₂SO₄中，以包封后的pH电极为工作电极，铂丝为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，进行循环伏安活化表面氧化物WO_X层，其中X＝1～3，获得对氢离子敏感的氧化物膜；

4)将活化之后的钨丝pH电极尖端部分悬空浸泡在H₂SO₄中，以稳定表面活性氧化物膜对氢离子的吸脱附速率，得测量细胞内pH的微电极。