噴墨印刷平面三電極體系的制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電子芯片領域，涉及一種基于納米金、銀墨水噴墨印刷平面三電極的制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]近年來，食品安全成為公眾關注的一大熱點，測試蔬菜水果中的農(nóng)藥殘留，以及測試食品(例如牛奶，奶粉)中有害添加劑的含量成為日常生活中一大迫切需求。電化學檢測是一種常用的檢測分析手段，具有檢測速度快，靈敏度高，受客觀條件限制較少等優(yōu)點。在實驗室條件下對農(nóng)藥殘留或有害添加劑進行電化學檢測時，通常使用的三電極體系如圖2所示，該體系中三個電極彼此獨立，架設復雜，很難在日常條件下得到應用，來實現(xiàn)目前迫切需要的對日常生活中有害物質(zhì)的檢測。為解決這個問題，研制可以方便攜帶和應用的平面集成三電極電子芯片勢在必行。
[0003]平面集成三電極體系芯片，其具有快速檢測、便于攜帶等優(yōu)點，使得三電極體系能用于更多、更廣的檢測。噴墨印刷是快速，低成本，無接觸，按需印刷的新型加工技術，常被用來在工業(yè)上印刷電路以及電子芯片，因此被我們選擇作為制備平面三電極的首選加工方式。通過這種方式制得的平面三電極芯片，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三電極體系，實現(xiàn)對日常有害物質(zhì)的方便、快捷的檢測，并且其制備簡單、重復性好、成本低廉，適合從實驗室往工業(yè)化生產(chǎn)的轉化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于納米金、銀墨水噴墨印刷平面三電極的制備方法和應用，其操作便捷，可控性強，制備成本低，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
[0005]為達到上述目的，經(jīng)研究，本發(fā)明提供如下技術方案:
1.基于納米金、銀墨水噴墨印刷平面三電極芯片，其特征在于，包括基底、金電極層、銀電極層、氯化銀電極層、鉑電極層;金電極層位于基底之上;銀電極層位于基底之上;氯化銀電極層覆蓋銀電極層面積較大的正方形的一端并與銀工作電極層部分重疊;鉑電極層位于基底之上;所述金電極層位于所述基底之上且尺寸不大于基底;所述所述銀電極層位于所述基底之上且尺寸不大于基底;所述氯化銀電極層位于所述銀電極層的面積較大的正方形之上并與銀電極層部分重疊;鉑電極層位于所述基底之上且尺寸不大于基底(圖1)。
[0006]對于金工作電極而言，圖1B中a部分的金電極層作為在測試時與電化學工作站連接的觸點，圖1B中b部分的金電極層起到連接圖圖1B中a部分與圖1B中c部分的作用，圖1B中c部分的金電極層作為工作電極的測試部分放入電解液中。
[0007]對于銀/氯化銀參比電極而言，圖1C中a部分的銀電極層作為在電鍍及測試時與電化學工作站連接的觸點，圖1C中b部分的銀電極層起到連接圖1C中a部分與圖1C中c部分的作用，圖1C中c部分由覆蓋于基底上的銀電極層以及覆蓋于銀電極層上的氯化銀電極層構成。
[0008]對于鉑對電極而言，圖1D中a部分的鉑電極層作為在測試時與電化學工作站連接的觸點，圖1D中b部分的鉑電極層起到連接圖1D中a部分與圖1D中c部分的作用，圖1D中c部分的鉑電極層作為測試部分放入電解液中。
[0009]優(yōu)選的，構成所述基底的材料為玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)或聚酰亞胺(PI)等(包含但不限于)；構成所述鉑對電極的材料為納米鉑;構成所述金工作電極的材料為納米金;構成所述銀/氯化銀參比電極的材料為納米銀。
[0010].基于納米金、銀墨水噴墨印刷平面三電極的制備方法，包括以下步驟:
(I)合成納米金墨水，將構成金電極層的材料溶液按照預設形狀(如圖1B)和位置通過噴墨印刷印制在基底上，制得金電極層;將噴墨印刷制備的金電極與商用的金膜電極作對比以確?？梢杂糜诖嫔逃玫慕鹉る姌O。
[0011](2)將構成銀電極層的材料溶液按照預設形狀(如圖1C)和位置通過噴墨印刷印制在基底上，制得銀電極層；
1)將構成銀電極層的材料溶液按照預設形狀(如圖1C)和位置通過噴墨印刷印制在基底上，制得銀電極層；
2)將圖1C中c部分放入含氯離子的鹽溶液中進行電鍍，將圖1C中c部分表面的銀電極層轉化為氯化銀電極層；
3)將電鍍后的銀/氯化銀參比電極放在飽和氯化鉀溶液(氯化銀層結晶穩(wěn)定不脫落，保證參比電極的穩(wěn)定性)，制得噴墨印刷的銀一氯化銀參比電極;將噴墨印刷制備的銀/氯化銀參比電極與商用的銀/氯化銀參比電極作對比以確?？梢杂糜诖嫔逃玫你y/氯化銀參比電極。
[0012](3)使用光刻法在基底材料上覆蓋掩模，在如圖1D所示位置留空，通過小型離子濺射儀將材料濺射在基底上，制得鉑電極層;洗去掩模材料獲得形狀如圖1D所示的鉑電極;將濺射在基底上的鉑電極層與商用的鉑片電極作對比，以確?？梢杂糜诖嫔逃玫你K片電極。
[0013].基于納米金、銀墨水噴墨印刷平面三電極的應用，包括:將平面三電極體系應用于多巴胺和三聚氰胺的電化學檢測并與普通三電極體系進行比較。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明制備的平面三電極芯片以可噴墨印刷的納米金、銀墨水為載體，通過在同一個基底上濺射鉑電極層和印刷金電極層、銀電極層，來分別實現(xiàn)對平面鉑對電極和平面金工作電極、銀電極的制備，然后通過電鍍將部分銀電極層轉化為氯化銀電極層，來實現(xiàn)對平面銀/氯化銀參比電極的制備。同時，本發(fā)明采用濺射技術制備的鉑電極，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的商用鉑片電極;采用的噴墨印刷技術制備金電極和銀/氯化銀參比電極，可以替代傳統(tǒng)的金膜電極和銀/氯化銀參比電極，制備出平面集成三電極芯片用于方便、快捷的檢測。在使用平面三電極體系在對多巴胺和三聚氰胺進行電化學檢測時，測試靈敏度優(yōu)于傳統(tǒng)三電極體系，證明該平面芯片可以應用于生物和食品安全領域的電化學傳感測試。該平面芯片的發(fā)明有助于將電化學檢測有害物質(zhì)的方法擴展到日常生活，而不只是局限于實驗室中。并且通過噴墨印刷等技術制備平面三電極芯片實現(xiàn)了平面三電極的快速、低成本加工，可控性強，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0015]圖1:(A)印刷制備的平面二電極芯片不意圖；(B)嗔墨印刷的金電極結構不意圖的A-A剖面視圖，I為基底，2為金電極層；(C)噴墨印刷銀/氯化銀參比電極結構示意圖的A-A剖面視圖，I為基底，2為銀電極層，3為氯化銀電極層；(D)濺射的鉑電極結構示意圖的A-A剖面視圖，I為基底，2為金電極層。
[0016]圖2:普通三電極體系示意圖。
[0017]圖3:金、銀納米顆粒的粒徑分布圖。
[0018]圖4:平面三電極芯片示意圖。
[0019]圖5:平面三電極芯片的SEM圖；(A)金電極的SEM圖；(B)銀電極的SEM圖；(C)氯化銀電極的SEM圖；(D )鉑電極的SEM圖。
[0020]圖6:平面三電極芯片的AFM圖；(A)金電極的AFM圖；(B)銀電極的AFM圖；(C)氯化銀電極的AFM圖；(D)鉑電極的AFM圖;E、F、G、H分別為其對應的三維圖。
[0021]圖7:噴墨印刷的電極與商用電極的CV比較圖。(A)噴墨金電極與商用金膜電極在5mM鐵氰化鉀溶液中的CV比較圖，其中，a曲線為商用金膜電極CV圖，b曲線為噴墨金膜電極CV圖；(B)金電極與商用金膜電極在0.0lM PBS溶液中的CV比較圖，其中，a曲線為商用金膜電極CV圖，b曲線為噴墨金膜電極CV圖；(C)噴墨銀/氯化銀參比電極與商用銀/氯化銀參比電極在5mM鐵氰化鉀溶液中的CV比較圖，其中，a曲線為商用銀/氯化銀參比電極CV圖，b曲線為噴墨銀/氯化銀參比電極CV圖；(D)濺射鉑電極與商用鉑片電極在5mM鐵氰化鉀溶液中的CV比較圖