专利名称：低噪音碳纤维纳米电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种低噪音的碳纤维纳米电极的制备方法，属于分析化学、电分析化学、生物电分析化学技术领域。
碳纤维微电极由于其本身的特点在分析化学尤其在生命科学领域取得了足够的重视及广泛的应用。碳纤维微电极的制作一直采用环氧树脂胶封的方法，由该方法制得的电极在使用过程中不可避免地会发生环氧树脂在溶液中渗漏现象，造成检测过程中大的噪音信号出现，不但降低了检测灵敏度，而且可能会污染所测定的对象。此外受环氧树脂限制，这种电极不宜在有机溶剂体系中进行检测及修饰等操作。
对于碳纤维纳米电极的制备，Ewing等人采用火焰蚀刻法，制得电极尖端直径约400nm左右。Wightman，Schulte等采用化学蚀刻法，尖端直径约500nm左右。张学记等采用离子束蚀刻的方法制得的电极尖端直径可小至几十纳米，但该法在一般化学实验室难以制备，且有成本高，耗时长(蚀刻一根电极约需20h)的缺点，难以推广使用。
针对以上制作方法的不足，本发明的目的在于提供一种低噪音的碳纤维纳米电极的制备方法，该方法可克服环氧树脂胶封电极的弊端，采用火焰熔融的方法将碳纤维密封于拉尖的玻璃毛细管内制得了低噪音的碳纤维微电极，并进一步将此电极经火焰蚀刻成尖端直径为100-300nm的碳纤维纳米电极，所得电极表面光滑，电极密封效果好，电化学性能优良，检测灵敏度高，可进行单细胞释放的高时空分辨动态监测及对细胞内单个囊泡进行分析研究。
具体的制作方法如下1．将洁净的玻璃毛细管(内径为1mm)一端拉制成内径约为20μm的尖端。
2．用银粉导电胶将经丙酮、乙醇、二次蒸馏水超声清洗过的碳纤维与铜丝连接在一起，连接后室温放置2h。
3．将与铜丝连接的碳纤维从另一端穿入拉尖的玻璃毛细管内并使碳纤维露出尖端约1cm。
4．调节煤气灯火焰为中等大小(火焰高度约为5-6cm)，将含有碳纤维的毛细管尖端置于外焰处(温度为750-850℃)灼烧约0．5s，毛细管尖端熔融将碳纤维密封于其中，毛细管另一端用环氧树脂密封，然后将露出尖端的碳纤维截至所需的长度(一般为100-300μm)即可制得低噪音的碳纤维微电极。
5．调低火焰高度约2cm，将经熔融密封的碳纤维置于火焰底部(温度约为350℃左右)缓慢蚀刻约1min，即可制得尖端直径为100-300nm的碳纤维纳米电极。
采用本发明的方法制得的碳纤维微电极及碳纤维纳米电极，具有以下优点1．彻底克服了传统环氧树脂胶封电极易渗漏、噪音大的缺点，大大降低了电极的背景噪音，提高了检测灵敏度；2．克服了传统电极环氧树脂渗漏污染所测定溶液的缺点；3．由于碳纤维密封不涉及环氧树脂，电极可在有机溶剂体系中进行测定及修饰等操作，拓宽了碳纤维微电极的应用范围；4．火焰蚀刻所得的电极尖端直径可控在100-300nm之间，表面光滑，经电化学表征显示优良的电化学性能，该法成本低，操作简单，在一般化学实验室均可制作，为广泛推广应用奠定了基础。可用于对单细胞释放的高时空分辨动态监测及对单个囊泡的研究工作。
图1为本发明的纳米电极的结构示意图，图中1为电极引线，2为环氧树脂，3为玻璃毛细管，4为导电胶，5为碳纤维，6为熔融密封处，7为碳纤维电极尖端；图2a、2b为电极熔融密封处放大150和700倍的电镜照片，2c为电极尖端放大5000倍的电极照片；图3为碳纤维纳米电极在1．0×10-3mol／L铁氰化钾溶液中的循环伏安图(0．1mol／L磷酸盐缓冲体系PH7．4，扫描速度1mv／s)；图4为在不同扫描速度下纳米电极在1．0×10-3mol／L铁氰化钾溶液中的循环伏安图(0．1mol／L磷酸盐缓冲体系PH7．4，扫描速度分别为10、50、80、100、200、300、5001mv／s)；
图5为碳纤维纳米电极在1．0×10-3mol／L铁氰化钾溶液中的线性扫描伏安图(0．1mol／L磷酸盐缓冲体系PH7．4)；图6为碳纤维纳米电极在1．0×10-3mol／L铁氰化钾溶液中的微分脉冲伏安图(0．1 mol／L磷酸盐缓冲体系PH7．4)；图7为碳纤维纳米电极在5．0×10-5mol／L多巴胺溶液中的循环伏安图(0．1mol／L磷酸盐缓冲体系PH7．4，扫描速度100mv／s)；图8为碳纤维纳米电极在5．0×10-5mol／L多巴胺溶液中的微分脉冲伏安图(0．1mol／L磷酸盐缓冲体系PH7．4)；以下结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明实施例低噪音碳纤维纳米电极的制备方法具体步骤如下1．将洁净的玻璃毛细管(内径为1mm)一端拉制成内径约为20μm的尖端。
2．用银粉导电胶将经丙酮、乙醇、二次蒸馏水超声清洗过的碳纤维与铜丝连接在一起，连接后室温放置2h。
3．将与铜丝连接的碳纤维从另一端穿入拉尖的玻璃毛细管内并使碳纤维露出尖端约1cm。
4．调节煤气灯火焰为中等大小(火焰高度约为6cm)，将含有碳纤维的毛细管尖端置于外焰处(温度为800℃左右)灼烧约0．5s，毛细管尖端熔融将碳纤维密封于其中，毛细管另一端用环氧树脂密封，然后将露出尖端的碳纤维截至200μm，即可制得低噪音的碳纤维微电极。
5．调低火焰高度约2cm，将经熔融密封的碳纤维置于火焰底部(温度约为350℃左右)缓慢蚀刻约1min，即可制得尖端直径为150nm的碳纤维纳米电极。
所得电极的结构如图1和图2a、2b、2c所示，在实际使用体系中的性能情况如图3-8所示。
权利要求
1．一种低噪音的碳纤维纳米电极的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤a将洁净的玻璃毛细管一端拉制成内径约为20μm的尖端；b用银粉导电胶将经丙酮、乙醇、水超声清洗过的直径为8μm左右的碳纤维与铜丝连接在一起，从另一端穿过a步骤所得的玻璃毛细管并使碳纤维露出尖端1cm；c将b步骤的毛细管尖端置于750-850℃的火焰上灼烧约0．5s，玻璃毛细管熔融将碳纤维密封于其中，毛细管另一端用环氧树脂密封制得低噪音的碳纤维微电极；d将c步骤制得的微电极在350℃左右火焰上蚀刻1min，制得尖端直径为100-300nm的纳米电极。
全文摘要
本发明公开了一种低噪音碳纤维纳米电极的制备方法,它是采用火焰熔融法将碳纤维密封于拉尖的玻璃毛细管内制得碳纤维微电极,克服了传统环氧树脂胶封电极易渗漏、噪音大的缺点。进一步将此电极经过火焰蚀刻为尖端直径为100—300nm的低噪音碳纤维纳米电极。该方法制作简单、成本低,电极的电化学性能优良,具有不渗漏、噪音低、灵敏度高的特点,可用于高时空分辨的单细胞释放动态监测及对细胞内单个囊泡进行分析研究。
文档编号G01N27/30GK1282870SQ9911657
公开日2001年2月7日 申请日期1999年7月30日 优先权日1999年7月30日
发明者黄卫华, 庞代文, 王宗礼, 程介克 申请人:武汉大学