[發明專利]基于硼摻雜金剛石微電極的電化學丙氨酸生物傳感器的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201810062072.7
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108362751B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 許青波;王傳新;王濤
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G01N27/327
• 分類號: G01N27/327
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明;閉釗

本發明涉及一種基于硼摻雜金剛石微電極的電化學生物傳感器的制備方法及其在檢測丙氨酸方面的應用。該方法包括五大步驟：采用氣相沉積法在襯底上制備硼摻雜金剛石薄膜；采用物理氣相沉積法在硼摻雜金剛石薄膜表面沉積一層金屬和/或金屬氧化物的薄膜涂層；采用光刻技術在薄膜涂層上制備出電極圖形，酸洗后完成掩膜的制作；采用刻蝕技術對硼摻雜金剛石表面進行刻蝕，制作出硼摻雜金剛石微電極；對硼摻雜金剛石微電極進行鎳沉積修飾。采用本發明方法制得的電化學生物傳感器不僅極大地改善了電極性能，提高了電極靈敏度，還可將其用于探測丙氨酸的濃度，應用前景十分可觀。

技術領域

本發明涉及電化學傳感器技術領域，具體涉及一種基于硼摻雜金剛石微電極的電化學生物傳感器，該微型傳感器可以用于探測丙氨酸的濃度。

背景技術

丙氨酸是人體中重要的營養物質。目前臨床診斷發現，若血液中缺少丙氨酸，會導致酮性低血糖癥、席漢氏綜合征及垂體功能減退。因此，精確檢測丙氨酸濃度在臨床診斷以及生物制藥等方面具有十分重要的意義。

目前的一些丙氨酸檢測方法主要包括：流動注射法、色譜分析法、原子吸收法以及比色法，然而這些方法都存在著成本高、時間長、不適用于常規的例行檢測等問題。新型的電化學傳感器分析方法不但解決了以上問題，還具有結構簡單、生產成本低、靈敏度高、響應速度快、器件微型化以及使用方便等諸多優勢，是一種很有前景的丙氨酸檢測診斷手段。

作為一種新型電極材料，硼摻雜金剛石電極具有許多常規電極不可比擬的優異性能，如寬電化學勢窗、低背景電流(接近于0)、極好的電化學穩定性及表面不易被污染等，這些優點使其在電化學領域發展迅速。但同時硼摻雜金剛石電極也存在著電催化活性低、表面再造困難、選擇性及靈敏性差、難以大規模生產等缺點，從而限制了其應用。因此，能否充分發揮硼摻雜金剛石電極的優點同時避免其缺點，開發一種基于硼摻雜金剛石微電極的電化學丙氨酸生物傳感器具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于硼摻雜金剛石微電極的電化學生物傳感器的制備方法，包括以下步驟：

(a)通過氣相沉積法在襯底上制備硼摻雜金剛石薄膜；

(b)通過物理氣相沉積法在硼摻雜金剛石薄膜上制備薄膜涂層；

(c)在薄膜涂層上涂覆光刻膠涂層，然后光刻出電極圖案，酸洗后得到掩膜；

(d)在掩膜的保護下，在硼摻雜金剛石表面刻蝕，酸堿處理后清洗吹干，得到硼摻雜金剛石微電極；

(e)在PBS緩沖液和鎳離子存在的條件下，通過電化學沉積法對硼摻雜金剛石微電極進行修飾，即得。

進一步的，所述襯底選自P型單晶硅片、N型單晶硅片、石英片中的一種，襯底使用前先放入摻有金剛石微粉的丙酮溶液中超聲處理，以便在其表面形成均勻致密的微劃痕，然后用丙酮溶液清洗干凈。

進一步的，步驟(a)中所述氣相沉積法選自離子注入法、熱絲化學氣相沉積法、微波等離子體化學氣相沉積法、直流等離子體噴射化學氣相沉積法中的一種，步驟(b)所述物理氣相沉積法選自蒸發法、濺射法、離子鍍法、反應蒸發沉積法、離子束輔助沉積法、離子團束沉積法、等離子體沉浸式離子沉積法中的一種，步驟(c)中所述光刻方法為光學光刻、電子束光刻、聚焦粒子束光刻、移相掩膜、X射線光刻中的一種，步驟(d)采用的刻蝕方法為氧或氬的等離子體刻蝕、反應離子刻蝕、反應離子束刻蝕中的一種。

進一步的，熱絲化學氣相沉積法或微波等離子體化學氣相沉積法或直流等離子體噴射化學氣相沉積法的工藝參數為：襯底溫度800-1000℃，沉積氣壓0.1-30kPa，沉積時間3-7h，硼摻雜濃度B/C為200-20000ppm，離子注入法的工藝參數為：離子注入能量100-1000keV，注入劑量10¹⁰-10¹⁶cm^-2，注入深度1μm-500μm，離子注入完成后的樣品在800-2000℃下退火0.2-3h。