[發明專利]一種采用電極內部光照模式的光電化學光纖微電極及其制備方法

有效

• 申請號: 202110647627.6
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113376230B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 林振宇;王馨陽;王建;邱彬;羅芳
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/327;G01N27/416
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學俊

本發明公開了一種采用電極內部光照模式的光電化學光纖微電極的制備方法，所述光電性能光纖電極的結構被設計為三層，由內到外依次為光纖內層，導電膜層和光電材料層。其中光纖采用韌性好的塑料光纖，直徑小于1.0 mm。導電層材料滿足無色透明且導電性良好的條件，為光纖提供導電性。本發明公開的光電性能光纖電極具有相比于傳統光電極而言非常小的尺寸，其仍然具有良好的光電響應。并且，光電極材料的光激發模式實現了創造性的轉變，由外部光源激發轉變為由光纖內部光源激發。這種使用內部光源的新模式，很好的規避了應用場景對于PEC光照波長的限制，擴大了光電材料的選擇范圍。本技術有望應用于生物體原位檢測，環境樣本連續監測等領域。

技術領域

本發明屬于光電化學和分析化學領域，具體涉及一種采用電極內部光照模式的光電化學光纖微電極及其制備方法，以解決傳統光電極尺寸較大，部分應用場景中光源波長受限的問題。

背景技術

光電化學（PEC）是指在光的照射下，光被金屬或半導體電極材料吸收，促使電極反應發生的學科。體現為光能與電能和化學能的轉換。其中，利用光電活性材料搭建的PEC傳感技術，被越來越多地應用在生物樣本和環境樣本的物質檢測當中。該技術靈敏度高，易于微型化，成本較低，環保節能，在近些年來得到了快速的發展。PEC傳感技術局限于對樣本的離線檢測，幾乎不能對生物體進行原位測量。然而，開發對動物體內物質進行原位監測的方法是分析化學、生命科學、生物醫學等多個領域的重點研究方向，對人們了解生物生命機能有著重大的意義。PEC傳感技術作為傳感領域的新星，有必要推進其在生物體原位檢測中的應用。

PEC傳感技術用于生物體原位檢測中的瓶頸，主要有三。即較大的光電極尺寸，以及動物皮膚對光源波長的限制。這兩個限制在應用時會造成以下幾個具體問題。第一，大尺寸的光電極在埋入動物體內的過程中，會對動物體造成比較大的傷口，增加了傷口感染的風險。這不利于長時間的檢測。第二，大部分光電材料僅能在紫外-可見光光區被激發產生電信號，而紫外-可見光幾乎不能穿透哺乳動物的皮膚，更加難以激發埋在皮下的光電極。而近紅外光雖然可以穿透皮膚，但其能量無法激發電極材料。第三，光電信號的強度與光電極的受光面積成正相關關系，縮小光電極的尺寸，意味著光電極的受光面積減小，光電信號降低。在活體檢測中獲得足夠的光電信號強度，對光電材料活性，和電極制備工藝是非常巨大的挑戰。

因此，本發明開發了一種采用電極內部光照模式的光電化學光纖微電極。按照該電極的設計方法制造的光電極，電極橫截面尺寸不超過1.0 mm。同時，光電極材料的光激發模式實現了創造性的轉變，由外部光源激發轉變為由光纖內部光源激發。借助光纖的優良導光性能，這種使用電極內部光源激發外部光電材料的新模式，很好的規避了應用場景對于PEC光照波長的限制，擴大了光電材料的選擇范圍，直接選擇現有光電材料即可，不需要探索近紅外光電材料的制備。最關鍵的是，給光纖添加的導電膜，為光纖電極提供了較好的導電性，促進了光電子的轉移，使本發明光電性能光纖電極在光照面積較小時，仍能提供明顯的光電信號強度。本技術有望應用于生物體原位檢測，環境樣本連續監測等領域。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采用電極內部光照模式的光電化學光纖微電極及其制備方法。該技術用以解決光電化學（PEC）領域傳統光電極尺寸較大，部分應用場景中光源波長受限的問題。有望應用于生物體原位檢測，環境樣本連續監測等領域。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種采用電極內部光照模式的光電化學光纖微電極的制備方法，包括以下步驟：

（1）光電性能光纖電極的構造主要有三層：光纖內層，導電膜層和光電材料層。

（2）采用的光纖類型是塑料光纖。

（3）在光纖上加工有磨砂面。

（4）選用的光纖導電層材料的特征為無色透明且導電性良好。

（5）光纖導電層的制備采用直流濺射技術。