隨著電子技術越來越多地應用于日常生活的各個方面,使用大量精密且低價的傳感器成為未來發展的趨勢。從市場數據可以看出,大量合適且可靠的傳感器的需求量不斷增加。而生物傳感器卻由于工作原理深奧復雜、價格昂貴未得到普及。
網版印刷從20世紀60年代后在電子工業中得到廣泛應用,成為電子器件制備中一項不可缺少的生產工藝。1981年一項專利文獻報道了網版印刷技術應用于厚膜電化學傳感器的制作,引起了眾多研究者的極大興趣,從此有關網版印刷生物傳感器的報道屢見不鮮。
于是,人們開始對生物傳感器有了一種全新的概念,即不需要重復使用的一次性生物傳感器(又稱厚膜酶電極)的誕生徹底解決了傳統酶電極制作工藝復雜、生產成本高、實用性差、操作不便等問題。
經過數年的發展,網版印刷技術已經發展成為一項成熟的生物傳感器制作的關鍵技術,并獲得了廣泛應用,成為生物傳感器推向市場的技術保證。與此同時,生物傳感器這種高科技產品從神秘的“象牙塔”上走了下來,走進每個醫院、每個家庭,不需要專業技術培訓就可自己操作的檢測儀器。網版印刷工藝使高貴的生物傳感器走向了價格低廉、人人會用、隨用隨扔型的檢測儀器,被稱為“用戶友好”型的生物傳感器。
目前,研究最多、最為盛行的是葡萄糖氧化酶的葡萄糖傳感器,采用網版印刷工藝制作,一次就可在一個單片上印刷,形成成百上千個傳感器件,這樣就大幅度降低了酶傳感器的制作成本。有關網版印刷生物傳感器在不少著作及刊物中均有涉及,但網版印刷制作酶電極的具體工藝卻鮮有報道,即使有也是霧里看花、模糊不清,內容上缺乏深度,可操作性不強,不便于讀者學習和采用。在此,筆者就此作較為詳細的介紹,供有興趣的朋友研究參考。
生物傳感器一般有兩個主要組成部分:一是生物分子識別元件(感受器),二是信號轉換器(換能器)。對于酶電極傳感器來說,上述兩組成部分都在酶電極上一次完成,所以說酶電極是由固定化酶與離子選擇電極、氣敏電極、氧化還原電極等電化學電極組合而成的生物傳感器。
網版印刷電極的工藝過程下邊將逐項介紹網印電極的工藝流程。
1.絲網的選擇絲網是絲網印版的支撐體,也是絲網印版的版基。目前,市場上已有各種質量、等級和幅寬的絲網供應,用戶要根據自己的需求和經驗來選擇。但國產的品種少,規格不全,對于高密度、高強低伸網、防靜電、軋光等處理的絲網還需進口,如印制電子微型元器件、集成電路、航天儀表、平板顯示器等高科技產品,還是選用進口的為好。
近年來,電子部件除選用過去的聚酯、不銹鋼絲網外,還出現了以高抗張力的聚酯作紗芯、以聚酰胺作芯套的網鈔,這種網紗由聚丙烯酯纖維制成,網目數為330目,線徑為23μm,交織成36μm,并且網紗經過等離子處理和金屬蒸鍍、拋光等多項處理能獲得高張力,可滿足精密化的要求。此外,國外又研制出非編織的新型絲網,克服了傳統編織網涂感光膠造成的麻煩,適應了高級超細圖形網印的要求。
除了上述之外,選擇合適的網目數,還應考慮如下各參數的匹配:
(1)絲網目數與油墨系統的匹配:油墨生產廠家一般提供各種油墨應采用的絲網的信息。如碳導電油墨中的導電填料有碳黑、石墨、碳素纖維等,都具有穩定化學性能,導電性能比銀導電油墨差些,但其價格便宜。無論碳或銀導電油墨都要考慮墨中導電填料的顆粒大小。以銀導電油墨為例:銀導電油墨中銀粉顆粒的大小與選網目數不匹配,印刷時會造成大顆粒難以通過過細的絲網而堵塞,一般選用180~240目絲網,網孔要大的,因為導電油墨如銀漿是由導電性能良好的微銀粒與導電樹脂溶劑組成的混合物,不同廠家的銀漿其金屬銀粒的大小、金屬銀固體份含量及形狀不盡相同,金屬銀微粒是決定電極阻值的主要成分。在印刷時應設法讓導電的銀微粒順利穿過絲網,如果選用目數過細的,雖然印出的電極線條筆直,外形好看,但內部結構疏松銀微粒含量少(多數銀粉未通過),這樣電極圖形不僅電阻較大,對電流及壽命均是不利的,難以滿足應用。
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