专利名称：与微机电系统工艺兼容的参比电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及电化学检测技术、微机电系统(MEMS)加工技术和传感技术，特别是一种与微机电系统(MEMS)工艺兼容的参比电极的制备方法及其应用。
背景技术：
各种形式的电化学电极在生化分析、生物芯片、卫生检疫、环境监测、食品检测、工业发酵生产监测等方面得到广泛应用。标准的参比电极在电化学测试系统中，其电位基本不发生变化。最常用的参比电极是饱和甘汞电极或者银及其难溶盐氯化银组成的电极体系。
目前依托于丝网印刷技术、微机电系统(MEMS)的制造技术和集成电路(IC)制造技术，可将电极器件直接集成在基片上。采用这种方法制备的电极器件有利于进行批量生产，并且具有成本低、体积小、重量轻、性能稳定等特点。很多电化学检测器件越来越多采用微机电系统(MEMS)工艺，目前采用微机电系统(MEMS)工艺制备的参比电极都是固态的Ag/AgCl电极，其方法是先采用微机电系统(MEMS)工艺在基片上制备好银电极后，再利用化学方法使表面的金属银氯化，因此，这种参比电极不能与MEMS工艺完全兼容，特别是在制作微电极或者超微电极时有一定的局限性，如制作耗时、工艺复杂，不利于规模化生产等。因此，寻找一种与微机电系统(MEMS)工艺完全兼容的参比电极，是其研究应用开发中不可缺少的关键技术。
发明内容
本发明的目的就是提供一种有效、简便的参比电极的制备方法，这种方法能广泛应用于薄膜/厚膜微电极以及其它电化学电极和电极阵列芯片的参比电极的制备，该方法与微机电系统(MEMS)和集成电路(IC)制造技术等工艺完全兼容并且应用于实际的电化学检测中。
为达到上述目的，本发明的解决方案是提供一种与微机电系统工艺兼容的参比电极的制备方法，该方法包括以下步骤首先将设计好的电极系统版图利用微电子工艺制作掩摸板，基片在清洗液中清洗后烘干再旋涂光刻胶即可以用掩摸板进行曝光、显影，然后在经过了显影的基片上溅射相同的贵金属电极材料，脱胶后清洗即可以制备所需要的工作电极和参比电极组成两电极或三电极电化学器件。
所述的参比电极的制备方法，其所述的电极样式，为同种形状的、各种尺寸的电化学两电极、三电极器件或阵列芯片。
所述的参比电极的制备方法，其所述的两电极、三电极的电极形状包括圆形、方形、条形。
所述的参比电极的制备方法，其所述的工作电极和参比电极为薄膜/厚膜超微电极。
所述的参比电极的制备方法，其所述的电化学器件，还有用丝网印刷工艺制备的厚膜器件或阵列芯片。
所述的参比电极的制备方法，其所述的参比电极的实验方法，适用于使用惰性电极如贵金属等为材料组成的两电极、三电极器件及其阵列芯片，参比电极和工作电极为同种材料的薄膜电极所构成的检测体系的各种电化学方法。
以本发明制备的工作电极和参比电极组成两电极或三电极电化学器件，这种参比电极可以用于对电极电位要求不严格的检测体系中，如用于生物酶传感器安培法检测底物。
图1是使用本发明制备电极的流程图；图2是本发明的电化学参比电极及电极系统示意图；图3是使用本发明的不同形式参比电极的循环伏安图比较；图4是使用本发明的不同材料参比电极的循环伏安图比较。
具体实施例方式
下面根据附图结合实例详细描述本发明的实现方式。
如图1所示，本发明的与微机电系统(MEMS)工艺兼容的参比电极的制备方法，包括以下步骤首先将设计好的电极系统版图利用微电子工艺制作掩摸板1，基片在清洗液中清洗后烘干再旋涂光刻胶得到带有光刻胶的基片2再用掩摸板进行曝光、显影。
然后在经过了显影后的基片3上溅射相同的贵金属电极材料4，脱胶后清洗即可以制备所需要的工作电极和参比电极5；同时，根据需要将工作电极和参比电极组成两电极或三电极电化学器件。
实施例1图2表示本发明实施例的电化学电极系统的设计，主要包括以下部分反应沟道1，参比电极2，工作电极3，绝缘层4，电极引线5等组成。电极制作采用微机电系统(MEMS)工艺，其中工作电极和参比电极采用相同的贵金属金或铂溅射在玻璃基质上。该器件即可用于三电极系统或者两电极系统。其中图中A传感器为方形电极与B传感器的差别在于反应室不同，B为圆形反应室。C为圆盘电极，D为条形电极。
实施例2图3，图4分别是使用本发明进行的不同形式、不同材料的参比电极循环伏安图的比较，其中虚线代表的是在图1中的D传感器，实线代表的是在图1中的C型传感器，点线代表的是在图1中的A型传感器。图中可以看出，三种不同形式的参比电极组成的检测系统可以获得典型的循环伏安曲线，出现对称的氧化还原峰，且阴极峰和阳极峰电流之比为1∶1，峰电位不随扫描速度改变等可逆反应体系的特征，图4中虚线代表的是金电极材料，实现代表的是铂电极材料。
实施例2中的循环伏安图的测试液均为1mM铁氰酸钾和250mMKCl，基相为pH7.4的10mM磷酸盐缓冲液；扫描速度为100mV/sec。
权利要求
1.与微机电系统工艺兼容的参比电极的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤首先将设计好的电极系统版图利用微电子工艺制作掩摸板，基片在清洗液中清洗后烘干再旋涂光刻胶即可以用掩摸板进行曝光、显影，然后在经过了显影的基片上溅射相同的贵金属电极材料，脱胶后清洗即可以制备所需要的工作电极和参比电极组成两电极或三电极电化学器件。
2.如权利要求1所述的参比电极的制备方法，其特征在于，所述的电极样式，为同种形状的、各种尺寸的电化学两电极、三电极器件或阵列芯片。
3.如权利要求1或2所述的参比电极的制备方法，其特征在于，所述的两电极、三电极的电极形状包括圆形、方形、条形。
4.如权利要求1所述的参比电极的制备方法，其特征在于，所述的工作电极和参比电极为薄膜/厚膜超微电极。
5.如权利要求1所述的参比电极的制备方法，其特征在于，所述的电化学器件，还有用丝网印刷工艺制备的厚膜器件或阵列芯片。
6.如权利要求1所述的参比电极的制备方法，其特征在于，所述的参比电极的实验方法，适用于使用惰性电极如贵金属等为材料组成的两电极、三电极器件及其阵列芯片，参比电极和工作电极为同种材料的薄膜电极所构成的检测体系的各种电化学方法。
全文摘要
本发明涉及与微机电系统(MEMS)工艺兼容的参比电极的制备方法，首先将设计好的版图经微电子工艺形成掩摸板，利用光刻方法形成所需微电极或电极阵列，即可组成电化学测试系统。本发明以贵金属金Au，铂Pt为电极材料，采用微机电系统工艺制作成超微薄膜电极阵列以在生化传感器中的应用为实施例实现了与微机电系统工艺兼容的参比电极的制备方法及其应用。本发明具有工艺流程简便、快速、重复性好等优点，易于实现高精度复制和规模化生产，非常适宜于微系统生物酶传感器阵列的制作，适用各种电化学两电极、三电极器件或阵列芯片的参比电极的制备，将在生化传感器、生物芯片以及微系统集成芯片研究开发领域中得到广泛应用。
文档编号G01N27/26GK1514234SQ0216027
公开日2004年7月21日 申请日期2002年12月31日 优先权日2002年12月31日
发明者李华清, 蔡新霞, 郭增军, 崔大付, 饶能高 申请人:中国科学院电子学研究所