在電化學(xué)生物傳感器中，由相對(duì)交叉排列的微叉指電極之間產(chǎn)生一個(gè)平行板電容場(chǎng)，由打開(kāi)的電極，向被測(cè)材料提供單邊測(cè)試區(qū)域，兩電極板和之間產(chǎn)生電場(chǎng)線。叉指電極原理為，傳感器產(chǎn)生的電場(chǎng)線穿透到被測(cè)物中并改變傳感器的阻抗，由于傳感器表現(xiàn)為電容，容抗則成為系統(tǒng)性能的函數(shù)。因此，通過(guò)測(cè)量被測(cè)物對(duì)傳感器的電容電抗,可以評(píng)估系統(tǒng)的性能。由于叉指?jìng)鞲衅鞯碾姌O是共面的，因此被測(cè)電容會(huì)給出很高的信噪比，為了獲得較強(qiáng)的信號(hào)，該傳感器的電極重復(fù)平面陣列。柔性生物電極雖然具有很好的柔韌性、彈性、能與組織緊密貼合性、對(duì)組織傷害小等優(yōu)點(diǎn)，但它的強(qiáng)度較低。北京叉指電極仿真

微叉指電極陣列是基于 MEMS (Micro-ElectroMechanicalSystems)微加工技術(shù)，將具有和細(xì)胞尺寸匹配的金屬電極陣列加工在硅或玻璃基底上的一類(lèi)芯片，用于多通道同步檢測(cè)細(xì)胞胞外電生理信號(hào)。微叉指電極陣列的基本結(jié)構(gòu)包括3個(gè)部分: 絕緣基底，金屬層電極陣列,鈍化層。加工后的芯片中，金屬位點(diǎn)暴露于細(xì)胞生存環(huán)境，并和生長(zhǎng)在電極位點(diǎn)或附近細(xì)胞形成電耦合結(jié)構(gòu)。當(dāng)具有電興奮特性的細(xì)胞生長(zhǎng)在電極上時(shí)，其動(dòng)作電位引起電極表面電勢(shì)的變化，即為檢測(cè)到的細(xì)胞胞外電位。金屬層上的引線用于輸出檢測(cè)到的信號(hào)，它們被鈍化層包裹避免和外界接觸。焊盤(pán)暴露，般在采用打金線或壓片的方法將焊盤(pán)和外界電路導(dǎo)通后用環(huán)氧樹(shù)脂包袋，避免和細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境接觸，并將信號(hào)輸出至外界處理電路。常州玻璃叉指電極生物叉指電極必須具有良好的生物相容性、質(zhì)量可靠性等。

基于生物電信號(hào)存在的測(cè)量難點(diǎn)，故對(duì)醫(yī)用叉指生物電極的性能提出了相應(yīng)的需求：1）由于生物電具有頻率低甚至接近直流的特點(diǎn)，所以生物醫(yī)用電極一般要求具有良好的導(dǎo)電性能；2）電極電位穩(wěn)定，極化電位小，電位波動(dòng)小；3）電極自身阻抗值小；4）不易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽跡；5）安放簡(jiǎn)易且不易脫落；6）無(wú)毒無(wú)害，對(duì)人體刺激小等。目前常用的電極包括有，標(biāo)準(zhǔn)氫電極、飽和甘汞電極、Cu/CuSO4 電極以及Pb/PbCl2 電極等，但它們自身的特性和缺陷以及應(yīng)用范圍不盡相同。

電極類(lèi)生物傳感器的工作分步驟大致分為以下三步:1) 由被測(cè)物的阻抗響應(yīng)可以得到正弦激勵(lì)小信號(hào)。2) 對(duì)傳感器的表面進(jìn)行修飾，增強(qiáng)吸附被測(cè)物的能力。3) 分析目標(biāo)檢測(cè)物在傳感器表面吸附前后的阻抗變化得到量化關(guān)系。電極設(shè)計(jì)成叉指陣列形狀，可以極大提高反應(yīng)速率，有效的縮短檢測(cè)時(shí)間。同時(shí)，叉指電極具有阻抗降低、穩(wěn)定性快、信噪比高等優(yōu)點(diǎn)，與新技術(shù)結(jié)合構(gòu)成新型傳感器被應(yīng)用于檢測(cè)領(lǐng)域。將微叉指電極作為載體，通過(guò)電化學(xué)檢測(cè)方法與生物傳感技術(shù)相結(jié)合，能夠顯著提高電化學(xué)傳感器的檢測(cè)精度和靈敏度。叉指電極生物傳感器主要包含生物識(shí)別元件、電化學(xué)轉(zhuǎn)換器及信號(hào)放大裝置。

工作電極表面產(chǎn)生的氧化還原，并在電壓的作用下進(jìn)一步電離得到游離電子，上式為葡萄糖氧化還原反應(yīng)的化學(xué)方程。葡萄糖氧化酶氧化葡萄糖產(chǎn)生葡萄糖酸和過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫的強(qiáng)氧化力，使氫離子不會(huì)還原成氫。電流使過(guò)氧化氫解離以獲得兩個(gè)自由電子。根據(jù)測(cè)得的電荷數(shù)，可以計(jì)算出葡萄糖濃度。實(shí)際應(yīng)用中，不可避免存在微量的反應(yīng)電流會(huì)流過(guò)參比電極，改變控制回路的電壓，產(chǎn)生錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。因?yàn)檫@種現(xiàn)象的存在，必須要恒電位電路來(lái)滿足三電極穩(wěn)定工作條件的這一特性。生物傳感器是一種以生物活性單元為敏感元件, 結(jié)合化學(xué)、物理轉(zhuǎn)換元件。天津叉指電極價(jià)格

對(duì)醫(yī)用叉指電在低成本、可設(shè)計(jì)、柔性化等方面等提出更高的要求。北京叉指電極仿真

濺射或蒸發(fā)工藝后的金屬層表面光滑，微米尺寸的電極具有較大的基線噪聲和波動(dòng)，因此增加電極的比面積可以增加電極和溶液的有效接觸面積，從而來(lái)降低電極的阻抗和噪聲。通常所采用的電極表面修飾材料有: TiN、Ir、鉑黑碳納米管等，在修飾到裸金或鉑電極上后，電極表面出現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)，增加了電極表面的粗糙度。TiN 通過(guò)反應(yīng)濺射法在氮?dú)夂头鷼饣旌蠚怏w中粘附到金或鉑電極上， TiN 具有規(guī)則的柱狀納米結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出穩(wěn)定的電學(xué)和機(jī)械特性，被采用在商業(yè)化生產(chǎn)的叉指電極上。相比之下，采用陰極氧化方法加工的Ir雖然具有較大的表面電荷負(fù)載，但是其電荷注入能力較差，不適合用于刺激電極，此外其電學(xué)特性不穩(wěn)定，表面是現(xiàn)不規(guī)則的龜裂結(jié)構(gòu)。出于鉑黑采用恒電流或恒電壓電鍍方法修飾到電極表面，裝置和電鍍液成本較低，操作簡(jiǎn)單，較多采用。電鍍鉑黑后的電極表面出現(xiàn)棉絮狀的納米結(jié)構(gòu)，比面積達(dá)到電極幾何面積的 10~100 倍，在實(shí)驗(yàn)中具有較好的效果。然而相比TiN，電極表面的鉑黑顆粒容易脫落，電極壽命較短。北京叉指電極仿真

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