[發明專利]一種光尋址方波/交流伏安電化學傳感系統與方法

有效

• 申請號: 202011376443.2
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112666243B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 張德文;王健;陳芳明;孟瑤;蔣明瑞
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N27/48
• 分類號: G01N27/48;G01N27/416
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張海平

本發明公開了一種光尋址方波/交流伏安電化學傳感系統與方法，將半導體芯片固定于檢測池裝置下端，在檢測池裝置上設有通孔容腔，將電化學檢測裝置的對電極和參比電極間隔放置于檢測液內，電化學檢測裝置的工作電極與半導體芯片下端電連接，采用恒定激光照射場效應結構半導體芯片的特定位置，激發產生原位光生載流子，同時，利用電化學工作站的SWV或ACV功能調制半導體芯片外加電壓，影響光生載流子的定向遷移和擴散過程，從而在外電路檢測得到原位光電流，可實現對溶液pH值的檢測和芯片表面阻抗的原位檢測及成像，相較于傳統的電化學分析方法，本發明具有空間分辨能力，為高通量、多位點的電化學檢測提供了一種新的解決方案。

技術領域

本發明屬于光電化學傳感與成像技術，具體涉及一種光尋址方波/交流伏安電化學傳感系統與方法。

背景技術

方波伏安法(square?wave?voltammetry，SWV)是在快速掃描的階梯電壓上迭加較大振幅的方波電壓，記錄方波正半周末期與方波負半周末期電流的差值，良好地消除了充電電流，又能在很短時間記錄出電流-電勢伏安圖。交流伏安法(alternating?currentvoltammetry，ACV)是在工作電極上施加一個隨時間慢掃描的直流電勢，并疊加一正弦波交流成分，測量電流的交流成分的幅值和和對應的相角，得到相應的交流伏安圖。這兩種方法具有多功能、高靈敏和高效能的特點，被廣泛應用于物質的定量分析和動力學研究中。但是，常規SWV和ACV電分析法不具備空間分辨率，均以電極測量平均結果反映被測樣本整體信息，難以滿足高通量、多位點檢測及傳感需求，也無法對檢測樣本進行二維成像。

發明內容

本發明提出一種可尋址方波/交流伏安電化學傳感與成像方法，實現具有空間分辨能力的表面電位和體系阻抗的傳感與檢測，以克服現有常規電化學檢測技術缺乏空間分辨能力的不足。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種光尋址方波/交流伏安電化學傳感系統，包括激光裝置、半導體芯片、檢測池裝置、電化學檢測裝置、位移裝置和光學成像裝置；半導體芯片固定于檢測池裝置下端，檢測池裝置上設有通孔容腔，通孔容腔內用于放置檢測液，檢測液能夠與半導體芯片上端面接觸，電化學檢測裝置的對電極和參比電極間隔放置于檢測液內，電化學檢測裝置的工作電極與半導體芯片下端電連接，激光裝置和光學成像裝置設置于檢測池裝置上端，光學成像裝置的光源和激光裝置的激光能夠通過通孔容腔照射于半導體芯片上表面，半導體芯片和檢測池裝置固定于位移裝置上。

進一步的，電化學檢測裝置包括電化學工作站、對電極、參比電極和工作電極，對電極與、參比電極和工作電極均與電化學工作站相連，電極采用鉑絲，參比電極采用Ag/AgCl參比電極，工作電極連接于半導體芯片。

進一步的，激光裝置包括激光控制器、激光器、準直透鏡、分光棱鏡和放大物鏡，放大物鏡設置于檢測池裝置上端，準直透鏡設置于激光器激光發射端，分光棱鏡設置于準直透鏡和放大物鏡之間，激光器連接于激光控制器。

進一步的，光學成像裝置包括LED照明光源、場鏡和CCD相機，CCD相機連接有計算機，計算機用于獲取圖像并存儲，場鏡設置于分光棱鏡一側，場鏡、分光棱鏡和放大物鏡在一條直線上。

進一步的，半導體芯片采用pH敏感半導體芯片或阻抗敏感半導體芯片。

進一步的，pH敏感半導體芯片包括由上至下依次堆疊的敏感層、絕緣層、半導體層和歐姆接觸層，歐姆接觸層與電化學檢測裝置的工作電極電連接，敏感層與檢測池裝置內的電解液接觸，，阻抗敏感半導體芯片包括上至下依次堆疊的絕緣層、半導體層和歐姆接觸層，歐姆接觸層與電化學檢測裝置的工作電極電連接，絕緣層與檢測池裝置內的電解液接觸。

進一步的，檢測池裝置包括檢測腔體和電連接片，檢測腔體上設有通孔腔體，半導體芯片與檢測腔體下端面密封接觸，電連接片設置于半導體芯片下端，電連接片與半導體芯片電連接。

一種光尋址方波/交流伏安電化學成像方法，包括以下步驟：