本發(fā)明屬于傳感器制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電化學(xué)生物傳感器制備方法及其應(yīng)用，特別涉及一種噴墨印刷制備微電極陣列傳感器的方法及其在廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
電化學(xué)生物傳感器是指由生物材料作為敏感元件，電極作為信號轉(zhuǎn)換元件，以電勢或電流作為檢測信號的傳感器。由于電化學(xué)生物傳感器具有檢測限低，靈敏度高，操作簡便，低成本等優(yōu)點，近年來廣泛應(yīng)用于臨床檢驗，環(huán)境分析，食品安全，藥物分析等領(lǐng)域。
目前，電化學(xué)生物傳感器電極的主要制備方法為物理刻蝕法和絲網(wǎng)印刷法。中國專利cn1584575公開了一種電化學(xué)生物傳感器及其制造方法，所述電化學(xué)生物傳感器的圓形工作電極和圓弧形參比電極分別由絲網(wǎng)印刷、磁控濺射、真空蒸鍍的方法進行制備，采用涂覆的方法涂覆絕緣漆以制備絕緣層。中國專利cn1584575公開了一種一次性使用電化學(xué)生物傳感器的制作方法，在絕緣基材上刻割出所需要圖形，形成掩膜，利用微機械加工技術(shù)的濺射方法制備所需電極。
微電極陣列(mae)是指由多個電極束在一起所組成的外觀單一的電極，其電流是各個單一電極電流的加和。該類電極保持了原來單一電極的特性，又可以獲得較大的電流強度，提高了測量的靈敏度。微電極陣列獨特優(yōu)點使其具有良好的應(yīng)用前景，已用于流動分析、色譜、電泳的檢測器。微電極陣列傳感器是一種新型的電化學(xué)生物傳感器，目前主要應(yīng)用于醫(yī)療檢測和水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域。使用傳統(tǒng)的物理刻蝕法和絲網(wǎng)印刷法制備微電極陣列傳感器時，不但制備過程均十分繁瑣，還存在可控性差，精度低且成本高的缺陷，直接影響器件性能。如能探索將噴墨印刷技術(shù)應(yīng)用到電化學(xué)生物傳感器電極的制備中，這是一種新的嘗試，具有良好的應(yīng)用前景。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種噴墨印刷制備微電極陣列傳感器的方法，還提供了其在廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種噴墨印刷制備微電極陣列傳感器的方法，包括以下步驟：
a、將尺寸為20×25cm的聚氯乙烯薄膜以壓板固定于噴墨打印機中，真空環(huán)境下升溫至35℃，得到所需基底；
b、將構(gòu)成工作電極金電極層、對電極金電極層或參比電極金電極層的材料以8％的質(zhì)量百分濃度按照預(yù)設(shè)形狀和位置噴墨打印于步驟a所得基底上，升溫至200℃持續(xù)加熱3分鐘，依次得到工作電極金電極層、對電極金電極層或參比電極金電極層；
c、將步驟b所得薄膜以去離子水沖洗，再將構(gòu)成工作電極印刷銀電極層、對電極印刷銀電極層或參比電極印刷銀電極層的材料以8％的質(zhì)量百分濃度按照預(yù)設(shè)形狀和位置噴墨打印于步驟b所得工作電極金電極層、對電極金電極層或參比電極金電極層上，150℃持續(xù)加熱10分鐘，依次得到工作電極印刷銀電極層、對電極印刷銀電極層或參比電極印刷銀電極層；
d、將構(gòu)成電極防水層、對電極防水層或參比電極防水層的材料以8％的質(zhì)量百分濃度按照預(yù)設(shè)形狀和位置噴墨打印于步驟c所得工作電極印刷銀電極層、對電極印刷銀電極層或參比電極印刷銀電極層上，再按照預(yù)設(shè)形狀和位置將質(zhì)量百分濃度為0.05％的葡萄糖氧化酶水溶液噴墨打印于工作電極印刷銀電極層上，200℃持續(xù)加熱3分鐘，依次得到電極防水層、對電極防水層或參比電極防水層，得到間距為3cm的微電極陣列傳感器；
e、將步驟d所得微電極陣列傳感器放置于濃度為0.18mol/l的硫酸中，并將其與恒電位儀相連接，從-0.2v循環(huán)至+1.5v，對微電極陣列傳感器進行清潔；
f、在-2.0v至+0/8v的掃描電位下，使用循環(huán)伏安法對微電極陣列傳感器中由工作電極金電極層、工作電極印刷銀電極層和電極防水層構(gòu)成的工作電極以電化學(xué)涂覆氧化銻層對其進行修飾，掃描速率為100mv/s，持續(xù)時間為12周期；
g、將微電極陣列傳感器浸入到1ml，ph為7.4的pbs緩沖溶液中放置2天；
h、將步驟g所得微電極陣列傳感器與銅線連接并涂以密封硅膠。
步驟b，構(gòu)成所述工作電極金電極層或?qū)﹄姌O金電極層的材料為直徑是3nm的金納米顆粒油墨。
步驟b，構(gòu)成所述參比電極金電極層的材料為直徑是3nm的銀納米顆粒油墨。
步驟c，構(gòu)成所述工作電極印刷銀電極層、對電極印刷銀電極層或參比電極印刷銀電極層的材料為直徑是3nm的銀納米顆粒油墨。
步驟d，構(gòu)成所述電極防水層、對電極防水層或參比電極防水層的材料為聚氯乙烯。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明使用噴墨打印技術(shù)制備出新型微電極陣列傳感器，通過在單個圖案上構(gòu)造多種類型的微電極陣列傳感器膠片，可實現(xiàn)目標(biāo)參數(shù)之間的自動校正，并減少測量誤差。在四周浸入廢水和廢污泥中觀察到的微電極陣列表面具有完整的結(jié)構(gòu)和強機械穩(wěn)定性。本發(fā)明微電極陣列傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸較小，其具備精度高，響應(yīng)快，制備過程簡單，可控性強且成本低廉的優(yōu)勢。微電極陣列傳感器可單次進行多參數(shù)監(jiān)測，能夠?qū)崟r原位感測多種水質(zhì)參數(shù)，很好的應(yīng)用于廢水處理領(lǐng)域中。
附圖說明
圖1為發(fā)明微電極陣列傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明：
一種噴墨印刷制備微電極陣列傳感器的方法，包括以下步驟：
a、將尺寸為20×25cm干凈的聚氯乙烯薄膜以壓板固定于噴墨打印機中，真空環(huán)境下升溫至35℃，得到所需基底；
b、將構(gòu)成工作電極金電極層、對電極金電極層或參比電極金電極層的材料以8％的質(zhì)量百分濃度按照預(yù)設(shè)形狀和位置噴墨打印于步驟a所得基底上，升溫至200℃持續(xù)加熱3分鐘可以觀察到金層顏色減輕，依次得到工作電極金電極層、對電極金電極層或參比電極金電極層；
c、將步驟b所得薄膜以去離子水沖洗，再將構(gòu)成工作電極印刷銀電極層、對電極印刷銀電極層或參比電極印刷銀電極層的材料以8％的質(zhì)量百分濃度按照預(yù)設(shè)形狀和位置噴墨打印于步驟b所得工作電極金電極層、對電極金電極層或參比電極金電極層上，150℃持續(xù)加熱10分鐘，可以觀察到銀層顏色變淡，依次得到工作電極印刷銀電極層、對電極印刷銀電極層或參比電極印刷銀電極層；
d、將構(gòu)成電極防水層、對電極防水層或參比電極防水層的材料以8％的質(zhì)量百分濃度按照預(yù)設(shè)形狀和位置噴墨打印于步驟c所得工作電極印刷銀電極層、對電極印刷銀電極層或參比電極印刷銀電極層上，再按照預(yù)設(shè)形狀和位置將質(zhì)量百分濃度為0.05％的葡萄糖氧化酶水溶液噴墨打印于工作電極印刷銀電極層上，200℃持續(xù)加熱3分鐘，依次得到電極防水層、對電極防水層或參比電極防水層，得到間距為3cm的微電極陣列傳感器；
e、將步驟d所得微電極陣列傳感器放置于濃度為0.18mol/l的硫酸中，并將其與恒電位儀相連接，從-0.2v循環(huán)至+1.5v，對微電極陣列傳感器進行清潔；
f、在-2.0v至+0/8v的掃描電位下，使用循環(huán)伏安法對微電極陣列傳感器中由工作電極金電極層、工作電極印刷銀電極層和電極防水層構(gòu)成的工作電極以電化學(xué)涂覆氧化銻層對其進行修飾，掃描速率為100mv/s，持續(xù)時間為12周期；
g、將微電極陣列傳感器浸入到1ml，ph為7.4的pbs緩沖溶液中放置2天，以穩(wěn)定和減少信號漂移。
h、將步驟g所得微電極陣列傳感器與銅線連接并涂以密封硅膠，作為電極連接墊上的防水層。
噴墨印刷過程中，保證金納米顆粒油墨或銀納米顆粒油墨與聚氯乙烯薄膜對齊，允許多個傳感器陣列同時進行打印，每個傳感器間距為3cm。
步驟b，構(gòu)成所述工作電極金電極層或?qū)﹄姌O金電極層的材料為直徑是3nm的金納米顆粒油墨。
步驟b，構(gòu)成所述參比電極金電極層的材料為直徑是3nm的銀納米顆粒油墨。
步驟c，構(gòu)成所述工作電極印刷銀電極層、對電極印刷銀電極層或參比電極印刷銀電極層的材料為直徑是3nm的銀納米顆粒油墨。
步驟d，構(gòu)成所述電極防水層、對電極防水層或參比電極防水層的材料為聚氯乙烯。
本發(fā)明所得微電極陣列傳感器還可以作為do傳感器，溫度傳感器，ph傳感器和電導(dǎo)率傳感器應(yīng)用于廢水處理領(lǐng)域中，對多種水質(zhì)參數(shù)進行實時檢測。微電極陣列傳感器由工作電極、對電極和參比電極組成，其中工作電極由基底層、工作電極金電極層、工作電極印刷銀電極層以及含生物敏感材料的電極防水層構(gòu)成，生物敏感材料為質(zhì)量百分濃度為0.05％的葡萄糖氧化酶水溶液；對電極由對電極金電極層、對電極印刷銀電極層和對電極防水層構(gòu)成；參比電極由參比電極金電極層、參比電極印刷銀電極層和參比電極防水層構(gòu)成。