[发明专利]微电极阵列传感器及其制备方法与溶出伏安检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种微电极阵列传感器及其制备方法与溶出伏安检测方法。

背景技术

重金属污染是影响生态环境的重要因素，如锌Zn(II)、镉Cd(II)、铅Pb(II)、铜Cu(II)、汞Hg(II)、砷As(III)等。随着城市化和大规模工业化，重金属广泛分布于各种水体并通过饮用水、食物链以及生物富集等方式进入人体危害人体健康，因此发展重金属的快速有效检测刻不容缓。传统的重金属检测方式，通常需要现场采样后送到实验室进行分析，成本高、效率低，而且由于检测的不及时，样品中途可能发生变化或受污染，从而影响检测结果的客观性。采用轻便的仪器进行现场实时检测可以提高测量准确度、降低分析成本。电化学溶出伏安法作为一种经典的重金属检测方法，不仅具有检测仪器体积小、价格低、检测快速方便和灵敏度高等优点，而且可以同时检测多种重金属元素。但是，常规的电化学电极检测重金属时需要搅拌，以提高检测的灵敏度。由于溶液搅拌，使电极界面性质发生改变，导致检测结果一致性差。

当电极的尺寸从常规的毫米级降到微米级的时候，很多电化学行为发生了改变。在微电极上，只要扩散层厚度达到100微米甚至更小就可以满足稳态条件，所以微电极的很多应用都是基于稳态的。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种微电极阵列传感器，通过微电极阵列与电化学溶出伏安方法的结合，实现对重金属的快速实时检测，传感器体积小、价格低、检测快速方便和灵敏度高，对环境检测具有重要意义。

本发明的第二目的在于提供一种微电极阵列传感器的制备方法。

本发明的第三目的在于提供一种微电极阵列传感器的溶出伏安检测方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本微电极阵列传感器，包括活性点、导电纤维和绝缘体，所述活性点位于绝缘体顶面，导电纤维穿过绝缘体连接活性点；活性点的直径在0.1微米到25微米之间，导电纤维包括金属导线和包裹在金属导线外面的绝缘材料。

传感器独立完整，无需附加任何形式的搅拌系统。微阵列电极中单个电极的扩散传质主要为径向扩散，扩散速率快，电流能在短时间内迅速达到稳态或准稳态。电极的尺寸从常规的毫米级降到微米级，很多电化学行为发生了改变。在活性点上，只要扩散层厚度达到100微米甚至更小(0.1～25微米)就可以满足稳态条件。对于活性点来讲，由于本身尺度就很小，边缘部分又比较接近溶液，电活性物质的补充相对较快。因此，单个活性点或活性点阵列检测重金属具有较高的灵敏度。

所述绝缘体为圆柱形。

当活性点为多个时，一个位于顶面圆心，其余以圆心为中心圆周排列。

所述活性点的材料为：碳纤维、玻碳、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、金刚石、金、铂、铋、硼中的一种或者任意组合。

微电极阵列传感器的制备方法为光刻法、丝网印刷法、电沉积法或者组装法。

光刻法包括以下步骤：

光刻步骤：

(1)、在基片上涂敷增粘剂六甲基二硅亚胺，再涂敷具有感光特性的高分子材料做成的光刻胶；

(2)、把基片进行预烘，使光刻胶内的溶剂挥发；

(3)、在玻璃基板上真空蒸发金属铬薄膜，然后通过激光烧化剥落方法除去不需要的铬，形成需要的掩模图形，制成掩模版；

(4)、进行对版，将预先已做好掩模图形的掩模版重叠在基片上，接着进行曝光，掩模版上有铬的部分挡住光线，而无铬的部分可以透过光线，光线照到被选择的光刻胶部分就引起化学变化，引起化学变化的光刻胶为正性光刻胶，没有引起化学变化的光刻胶为负性光刻胶，这样就将掩模图形转写到光刻胶上；

(5)、进行显影，正性光刻胶被光照到的部分在显影液中被溶解去除，负性光刻胶不会去除；

(6)、把基片进行后烘，使显影后残留的溶剂挥发；

剥离步骤：

(7)、在基片与负性光刻胶上沉积一层金属薄膜；

(8)、在腐蚀槽内去除负性光刻胶，沉积在负性光刻胶上的金属薄膜因负性光刻胶的溶解而被剥离，直接沉积在基片上的金属薄膜则被保留，直接沉积在基片上的金属薄膜直径在0.1微米到25微米之间；

布线及封装步骤：

(9)、把基片与金属薄膜分离，在金属薄膜的背面涂上导电银胶；

(10)、用绝缘材料包裹金属导线形成导电纤维；

(11)、导电纤维的一端粘在涂有导电银胶的金属薄膜上；