置的作用机理独特地不同于玻璃pH探针，其产生电位信号。在一个 伏安传感器中，在高度取决于样品PH(或其它分析物浓度）的方波伏安分析中，在使样品 暴露于工作电极时发生的氧化还原反应产生峰值电压。PH与峰值电压存在的线性关系是 高度可再现的。用于测量PH(以及其它分析物浓度）的伏安传感器装置在PCT公开号TO 2010/11153UTO 2010/118156、及2012/018632中有描述，其中每个在此通过引用并入。
[0079] 本发明的微传感器在测量少样品体积中的分析物浓度时特别有效，因为对于伏安 传感器装置，减少样品体积使与样品接触的传感器表面积与样品体积的比率增加。此比率 增加导致更大部分的可用分析物与传感器表面接触。当更大部分的样品与传感器表面相互 作用时，产生更多信号；此有益于检测和分析稀释的分析物样品。
[0080] 本发明的伏安传感器装置可以为完全固态并具有可逆的化学表面。它们更耐污垢 并不需要再校准。因此，该装置可组装有处于样品测量的准备状态的工厂校准的传感器。
[0081] 伏安传感器装置具有三个主要部件：传感器或工作电极、参考电极、及反电极。在 本发明的伏安微传感器装置中，这三个部件可以以便于精确地测量极少样品体积中的分析 物浓度的方式空间放置。以下概括描述伏安传感器的电极，以及本发明提供的对它们的改 良。
[0082] 参考电极
[0083] 在本发明的伏安传感器中，参考电极可为固态，液体填充的、或凝胶填充的。参考 电极用于溶液中电解质（分析物）的测量值的标准化。典型的参考电极为银/氯化银参考 电极。在本发明的一个示例性伏安传感器装置中，银/氯化银参考电极可如图1所示构造。
[0084] 本发明的方法和材料包括可用于避免用传统参考电极观察到的多种常见问题的 实施方案。更具体地讲，本发明通过提供新型的参考电极结解决导致漂移、堵塞、及盐泄漏 的问题、目前所有类型的参考电极遇到的问题。
[0085] 为了得到准确且精确的pH读数，参考电极需维持不随时间改变或漂移的稳定电 位。在传统pH计及其它分析物传感器中观察到的漂移的起因主要是因为参考结。存在各 种结，包括开塞、带轴塞、及多孔塞。这些结中每一个需要例常维护以防止参考电极弄脏、堵 塞、或漂移。随着时间推移，当结变得堵塞或弄脏时，其直接地影响参考电极的电位稳定性 及响应时间。关于当前参考电极结技术的另一个问题是参考电极中内溶液与样品中外分析 物或其它组分的交叉污染。此不利于需要绝对地控制所测量样品的多种应用。为解决这 些问题，本发明提供一种固体复合材料，其提供传统结的所有性能，但不会弄脏、堵塞、或泄 漏。
[0086] 在一些实施方案中，本发明提供一种传感器，其包括基本上如美国专利号 7, 628, 901中所述制备的RE组合的伏安WE，在此通过引用并入。
[0087] 在其它实施方案中，本发明提供了一种传感器，其包括与具有参考结的RE组合的 伏安WE，该参考结为一种复合材料，其包括离子性液体（IL)，包括但不限于RTIL，导电材 料、以及聚合物。具体地讲，在一些实施方案中，本发明提供展现出高度稳定电位的具有分 析物接触表面的参考电极；其湿-干可逆，即，不会明显地改变它的物理或电化学特征，即 使允许电极在常见的室内条件下干燥；耐受大范围的化学物；并且不需要传统的液体结参 考电极常见的繁琐维护步骤。在各种实施方案中，本发明提供适合于伏安PH测量的参考电 极，其在展现结构完整性、导电性、及质子选择性通过的基质材料中包括RTIL。
[0088] 虽然任何适宜的离子性液体可用于本发明传感器中所用的RE中，但是适宜的IL 包括室温离子性液体（RTIL)，其为在周围温度下以液态存在的有机盐。通常它们由庞大的 不对称有机阳离子组成，例如1-烷基-3-甲基咪唑鑰、1-烷基吡啶鑰、N-甲基-N-烷基吡 咯烷鑰及铵离子。典型的阴离子包括四氟硼酸根和六氟磷酸根。已制得了具有身为强大溶 剂及电解质的常见属性的多种组合物。两种属性对于制得在RE中稳定的CAB是重要的。在 一些实施方案中，IL为1-甲基-3-辛基咪唑鑰双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺。在另一个 实施方案中，IL为1-甲基-1-丙基哌啶鑰双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺。两种IL可购自 Iolitec (产品编号分别为IL-0099和IL-0045)。
[0089] 各种导电材料可用作CAB的组分，包括但不限于碳、铜、及金。在一些实施方案中， 导电材料为一种具有45微米粒径的石墨粉（可购自Sigma Aldrich，产品编号496596)。各 种疏水性聚合物可用作CAB的组分。在一些实施方案中，聚合物为聚偏二氟乙烯（PVDF，可 购自 Sigma Aldrich，产品编号 427152)。
[0090] 因此，本发明提供固体复合材料，其包括IL、导电材料、及聚合物的此类混合物。在 一些实施方案中，复合材料为PVDF、碳、及IL的混合物。复合材料的一些实施方案如下进 行。
[0091] 参考电极结复合材料和结的制备
[0092] 将2g聚偏二氟乙稀（PVDF)粉末（Kynar 721，Arkema)和250mg石墨粉充分地混 合在一起。然后，将1.5g 1-甲基-3-辛基咪唑鑰双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺加入PVDF/ 石墨混合物中并充分地混合。15分钟后，将该混合物加热到200°C达1小时以形成熔体。使 该熔体冷却15分钟，然后从小瓶中移出。使塞子从复合盘冲压出并用作参考结。
[0093] 具有参考结的参考电极.的构i告
[0094] 提供了用于构造本发明的包括参考结的参考电极的两种方法。利用pH 2、4、7、10、 及12标准缓冲溶液，对每个参考电极进行测试以确定参考电位，结果与利用具有Agilent 万用表的Cole Parmer标准甘萊电极（SCE)得到的结果比较。
[0095] 构诰 1
[0096] 将复合塞安装于包括具有0. 122"的内径（ID)的聚砜管的外壳的一端中。聚砜管 的另一端打开到〇. 250"的ID并填充有参考溶液，该参考溶液由用481^03饱和并用2%羟乙 基纤维素增稠的3M KCl溶液组成。将经氯化物处理的银线嵌入参考溶液中并利用聚四氟 乙烯（PTFE)塞悬浮在适当位置。利用环氧粘合剂密封PTFE塞。非限制性的代表构造的示 意图在表2中示出。
[0097] 按照所述制得三种参考电极并相对于Cole Parmer SCE进行测试。在pH 2、4、7、 1〇、12下，利用"pH阶梯"对每个参考电极测试。利用Agilent万用表测量电位。图3中提 供的图表明在宽pH范围内三种参考电极的稳定性并表明复合塞允许Ag/AgCl氧化还原系 统与外部分析物之间的离子连通。当在邻苯二甲酸盐缓冲液（pH 4)中测试RE时，观察到 小偏差。
[0098] 进行了额外试验以表明在大约两天的干燥储存后电极的稳定性。三种新电极如 上所述进行构造，并且在每天，每两周、及每周的基础上，在PH 7缓冲液中对每一个进行测 试。图4中显示的图表明每个电极在它经历如上所述的pH 2-12阶梯测试后的平均电位。 测试16天后，电极在干燥储存后保持基本上没有电位漂移，并且没有显示出响应时间的延 迟。不同于传统参考电极，在干燥的参考结表面上没有观察到盐晶体，表明内参考电极中组 分通过参考结。
[0099] 构诰 2
[0100] 构造本发明的第二参考电极以显示本发明如何消除对内填充溶液的需要，进而提 供完全固态的参考电极。这通过将Ag/AgCl线直接地嵌入如上所述制得的复合塞参考结中 来实现。Ag/AgCl盘也表现出运行良好。在这两个版本中，可利用适宜材料例如环氧树脂密 封后端。图5显示了包括直接嵌入参考结中的线的构造。
[0101] 制得这些参考电极中的两个并进行如上所述的阶梯测试。图6中所示结果表明， 在没有补充内填充溶液的情况下，仍可通过将线直接嵌入参考结中实现稳定的电位。再次， 注意到在pH 4下类似的电位偏差。同样，相对于SCE的电位也从-49mV偏移到+lOOmV。
[0102] 本领域的技术人员可从以上公开内容认识到可并入各种优化步骤和材料， 包括提高塞子硬度和用于形成复合材料的混合物的均匀度的步骤。参见Cicmil 等，Electroanalysis 23 (8) : 1881-1890 ;Shibata 等，Analyt. Sci. 26 (11) : 1203-1206 ;以 及美国专利号7, 628, 901 ;8, 187,453 ;和8, 227, 293,其中每一个通过引用在此并入。
[0103] 本领域的技术人员还可认识到这些参考电极可以制成任何大小，包括足以允许将 它们置于在本发明的微型化传感器中形成传感器的铁砧之一中的小尺寸。此外，可利用本 领域的微制造技术标准制得参考电极。
[0104] 工作电极
[0105] 本发明的伏安传感器的工作电极可由适宜的导电基材，例如碳或某些金属，或某 些半导体构造。通过聚合包封、通过粘合或吸附、或通过其它方式用共价地附着于基材的分 析物-传感材料涂覆此基材。在一些实施方案中，将氧化还原活性分析物传感材料共价地 附着于基材表面。在其它实施方案中，分析物传感材料没有直接地附着于基材表面而是共 价地附着于或以物理的方式包封在聚合或复合材料内，其继而附着于基材表面（共价地或 通过粘合或吸附）。
[0106] 在其它实施方案中，没有基材；反而，电极仅由聚合材料制得，该聚合材料包括共 价地、通过聚合包封、通过粘合或吸收，或通过其它方式附着于聚合物基质以形成导电材料 的此类传感化学物质（即，RAM)。
[0107] 在这些实施方案中的任一个中，聚合材料可为PCT公开WO 2012/018632中所述的 任何材料。本发明也提供适合用于本发明的工作电极中的新颖聚合材料。在本发明提供的 一些实施方案中，聚合材料为混合的二氧化硅-聚乙烯醇（PVA)，其可按照在此通过引用并 入的Pirzada等，2012, Langmuir 28:5834-5844中所述进行制备，RAM共价地附着于PVA， 二氧化硅，或两者，或者RAM以物理的方式包封在由此类材料组成的纳米纤维中。在这些实 施方案中的另一个中，具有包封在各个环糊精分子中的RAM分子的聚合环糊精单独使用或 与另一种聚合物或材料混合使用。
[0108] 更一般来讲，工作电极基材（如果存