可降低传感器初始电阻的环状叉指电极结构

1.本实用新型涉及生物化学传感器技术领域，尤其是可降低传感器初始电阻的环状叉指电极结构及制作方法。


背景技术：

2.在当今信息时代，人们对信息的提取、处理和传输需求更加迫切。传感技术作为一门随着现代化科学技术发展而迅猛发展的学科，广泛应用于人类的社会生产和科学研究中。在医疗检测、健康卫生、生物化学传感器等领域中的作用更是不容忽视。
3.在进行如葡萄糖含量、细胞浓度、紫外线辐射剂量等物质的检测时，采用传统普通二电极的生物化学传感器由于本身电极结构的限制，存在灵敏度低、响应速度慢、信号不稳定以及难以读出电信号等诸多问题。目前，常用解决方法是引入叉指电极来提升其检测灵敏度、响应速度以及降低初始电阻，从而提高生物化学传感器的检测性能。
4.叉指电极的结构为指状或梳状的面内周期性图案，其指宽、指间距、指长以及厚度等结构参数是影响传感性能的重要因素，而对于电信号检测、初始电阻值以及后端电路实现有着更高要求的传感器，能够满足的相应叉指结构参数不易寻找。且如今，拥有良好导电传输性能的电极结构很少，叉指电极成了研究设计人员们近乎唯一的选择，这不利于相关技术的进步。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种可降低传感器初始电阻的环状叉指电极结构。本实用新型的技术方案如下：
6.一种可降低传感器初始电阻的环状叉指电极结构，包括柔性基底(1)，所述柔性基底(1)为矩形或其他任一形状；环状叉指电极，内嵌于柔性基底表面，用于传导电流，所述环状叉指电极包括正极环状叉指电极和负极环状叉指电极，其中正极环状叉指电极作为激励输入电极，包括若干个大小不等的未封闭圆环正电极(2)和正极外接端(4)，所述若干个未封闭圆环正电极(2)的一端均与正极外接端(4)连接；所述负极环状叉指电极作为接地参考电极，包括若干个大小不等的未封闭圆环负电极(3)和负极外接端(5)，所述若干个未封闭圆环负电极(3)的一端均与负极外接端(5)连接；所述正极环状叉指电极与负极环状叉指电极相互交叉形成完整的环状叉指电极。
7.进一步的，所述柔性基底(1)的材料采用聚酰亚胺pi。
8.进一步的，所述柔性基底(1)为矩形、圆形、三角形或者不规则的封闭图形。
9.进一步的，所述柔性基底(1)的面积为2cm
×
2cm～8cm
×
5cm，厚度为50～ 120μm。
10.进一步的，所述环状叉指电极的未封闭圆环正电极(2)与未封闭圆环负电极(3)同圆心，且每个圆环径宽相同为0.1～1mm。
11.进一步的，所述环状叉指电极共有6个未封闭圆环，每个圆环大小不相同，最大圆环的外半径为10mm，最小圆环的外半径为4mm，环间距为0.1～1mm。
12.进一步的，所述环状叉指电极的正极外接端(4)、负极外接端(5)的宽度为 0.5～3mm，其间隔为0.5～2mm。
13.进一步的，所述未封闭圆环正电极(2)的另一端与负极外接端(5)间隔0.2～1 mm，所述未封闭圆环负电极(3)的另一端与正极外接端(4)间隔0.2～1mm。
14.进一步的，所述环状叉指电极是co2红外激光器在柔性聚酰亚胺基底pi上进行碳化处理后，得到的多层石墨烯薄膜，其厚度一般为5～40μm。
15.本实用新型的优点及有益效果如下：
16.本实用新型环状叉指电极结构由co2红外激光器碳化聚酰亚胺柔性基底形成，其多层片状石墨烯薄膜结构可提高电子电导率，具备优良的导电特性；另外，其疏松多孔的结构有助于被测目标物与检测材料快速充分反应，可以保证良好的生物化学传感器的检测灵敏度和响应速度。
17.本实用新型环状叉指电极结构采用多个未封闭圆环相互交叉组成，可增大有效检测面积，有助于检测材料与传导电极的结合，能更容易输出电信号，显著降低传感器的初始电阻，从而提高检测精度，降低检测阈值，更便于后端电路实现，满足传感器的高要求；同时，相较于寻找合适的普通叉指电极结构参数，其优良特性为研究人员提供一种新的选择，可节省大量时间成本。
附图说明
18.图1是本实用新型提供优选实施例实施例1结构示意图；
19.图2为本实用新型实施例2模型图；
20.图3为本实用新型实施例2电阻曲线图；
21.图4为本实用新型实施例2与普通叉指电极的电阻曲线对比图。
22.其中：1-柔性基底；2-未封闭圆环正电极；3-未封闭圆环负电极；4-正极外接端； 5-负极外接端；6-敏感化学检测材料
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例。
24.本实用新型解决上述技术问题的技术方案是：
25.实施例一：
26.如图1所示，可降低传感器初始电阻的环状叉指电极结构，包括：柔性基底1，所述基底1为矩形但不仅限于矩形状；环状叉指电极，内嵌于柔性基底表面，环状叉指电极包括：正极环状叉指电极，作为激励输入电极，包括多个大小不等的未封闭圆环正电极2和正极外接端4，多个所述正电极的一端均与正极外接端4连接；负极环状叉指电极，作为接地参考电极，包括多个大小不等的未封闭圆环负电极3和负极外接端5，多个所述负电极的一端均与负极外接端5 连接；所述的正极环状叉指电极与负极环状叉指电极相互交叉形成完整的环状叉指电极。
27.本实施例中，柔性基底1的材料采用聚酰亚胺(pi)，其具备良好的柔性便于贴合检测区域。进一步的，柔性基底1为矩形状，但不仅限于矩形，也可以是圆形、三角形或者不规
则的封闭图形；其面积为4cm
×
5cm，厚度为100μm，实际只要能容纳所设置环状叉指电极即可，厚度可在50～120μm内。
28.环状叉指电极的未封闭圆环正电极2与未封闭圆环负电极3同圆心，且每个圆环径宽相同为0.6mm，圆环径宽可在0.1～1mm内变换；环状叉指电极共有6个未封闭圆环，每个圆环大小不相同，最大圆环的外半径为10mm，最小圆环的外半径为4mm，环间距为0.6mm，圆环个数以及大小受所需结构面积限制，一般个数越多越好，且环间距可在0.1～1mm内变换；环状叉指电极的正负极外接端4、5宽度为2mm，其间隔为1mm，环状叉指电极的正负极外接端宽度和间隔会影响电极电场分布，宽度和间隔可以适当调整，一般宽度和间隔越小，其检测信号、降低电阻的效果越好，但需考虑后端提取信号的实现问题；未封闭圆环正电极2一端与正极外接端4相连，另一端与负极外接端5间隔0.6mm，另一极同样如此，未封闭圆环与外接端的间隔可在0.2～1mm间调整；环状叉指电极是co2红外激光器在柔性聚酰亚胺基底1(pi)上进行碳化处理后，得到的多层石墨烯薄膜，其厚度一般为5～40μm。总之以上因素都会影响传感器的性能，改变传感器的检测精度和初始电阻值。
29.实施例二：
30.本实施例与实施例一的区别在于：如图2所示，加入了敏感化学检测材料6。此材料为光敏有机聚合物，呈液态，用移液枪将制备好的液体材料滴2～l5μl在pi基底上，覆盖整个环状叉指电极结构，以使敏感化学检测材料6充分与导电电极渗透结合。之后放入烘干风箱，温度设置为20～40℃，烘干时间在20h以上，待敏感液体材料完全干燥凝固后，即形成了一个简易完整的传感器。
31.采用keithley2400设备提供1～20v的稳定电压，优选的，设置为5v。进一步，将设备正极导线接入正极外接端4，负极导线接入负极外接端5，设置采样时长为120s，最后测试计算该传感结构的初始电阻值，截取了95～99s间的电阻曲线，如图3所示。
32.将采用本实用新型的传感器初始电阻结果与同等条件下一般叉指电极传感器的初始电阻对比，如图4所示。本实用新型可有效保证传感器灵敏度及响应速度，且能够显著降低传感器初始电阻，提高检测精度，降低检测阈值，更加便于后端电路实现，为研究人员提供了一种新型优良电极结构。
33.本实用新型实施例中可降低传感器初始电阻的环状叉指电极结构的制作方法，包括以下步骤：
34.步骤1，在本实施例中利用comsol仿真软件在几何功能区里建立所述环状叉指电极的平面模型，导出dxf文件至autocad软件中，并输出autocadr12/lt2dxf文件至corellaser雕刻软件中；也可使用其他画图建模软件建立模型，并导出相应文件到雕刻软件中；
35.步骤2，在本实施例中用大小合适的磁铁块将聚酰亚胺基底固定在激光雕刻机中，采用co2红外激光器雕刻碳化聚酰亚胺基底，设置激光器扫描速度在50～100mm/s内，激光电流可在1～8ma内，并优选其扫描速度为75mm/s及激光电流大小为4.5ma，获得多层石墨烯薄膜的环状叉指电极结构。
36.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要
素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
37.以上这些实施例应理解为仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的保护范围。在阅读了本实用新型的记载的内容之后，技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本实用新型权利要求所限定的范围。