[发明专利]金刚石微电极

说明书

技术领域

本发明涉及微电极以及传感器和其它包含所述微电极及传感器的电化学装置。

背景技术

制备用于电化学感应的微电极是已知的。在导电电极材料上设置非导电层，并暴露小面积导电材料，所述小面积导电材料可以与有待检测的流体接触。早前典型的导电材料为金属，但是最近开始使用硼掺杂的金刚石。例如，P Rychen等人公开了将Si₃N₄或类似的非导电材料层涂覆至硼掺杂的金刚石表面，并随后在其中蚀刻出孔，从而暴露下方的金刚石（电化学协会论文集，卷2001-23，第97-107页）。

JP2009-128041公开了三维金刚石微电极阵列。

WO 2005/012894A1公开了一种微电极，其中导电金刚石的插脚或突出部分至少部分通过非导电金刚石层延伸，从而在微电极的分析表面上提供导电接点。WO 2005/017514A1讨论了在用于监控比如与井眼相关的那些流体特性的传感器中类似微电极的应用。

尽管这种金刚石微电极是有效和可靠的，但其制造是昂贵的，需要生长导电和非导电的两种金刚石层，这需要专业的制造商。

因此，现存在对具有弹性和可靠性、并且更易于生产及成本低廉的金刚石微电极的需求。

发明内容

根据本发明，提供了一种具有分析表面的微电极，所述分析表面包括一个或多个由电绝缘的类金刚石碳材料包围的导电金刚石材料区域，所述类金刚石碳材料具有

（a）低于导电金刚石材料硬度的硬度，和

（b）至少1x10⁹ohmcm的电阻率，

并且所述微电极设置有用于将一个或多个区域电连接至外部电路的连接装置。

根据本发明生产的微电极具有以下优势，即：由于类金刚石碳材料很好地附着至金刚石材料并具有很相似的物理性能（比如热膨胀系数），因此这种微电极很稳定并具有弹性。其比现有的微电极，比如在WO 2005/012894中所述的那些更易于生产且成本更低廉，因为类金刚石碳比较容易沉积并且不需要那种专业设备和条件。而且，金刚石和类金刚石碳都是生物相容的，因此可以被用于人体内的检测应用中。

本发明的微电极利用了电绝缘的类金刚石碳材料。该材料最近已被开发，并且可以根据制造其所用的具体处理条件而被制成为具有不同范围的物理性能，参见例如Brunel大学完成的研究，www.etcbrunel.co.uk/research_files/DLC.htm。金刚石为晶体材料，其中碳原子为四面体排列并且由sp³键相互结合。另一方面，类金刚石碳材料包含四面体sp³键合碳原子和石墨sp²键合碳原子两者，其不显示长程有序性并且可含有很大量的氢原子。其可以被沉积为薄膜涂层，该薄膜涂层具有致密、惰性、低摩擦和耐磨的有用性能。

迄今为止，类金刚石碳材料一般被用作金刚石的竞争材料而开发其类金刚石性能，因此其可以被用作用于某些用途的金刚石的替代品。另一方面，在本发明中，发明人利用了这两种材料的性能，出人意料地将金刚石和类金刚石碳结合在一起，以生产新产品。

为了本发明的目的，类金刚石碳材料应具有小于导电金刚石硬度的硬度。金刚石一般具有约85至100GPa的维氏硬度（根据定义，即摩氏硬度计量为10的硬度）。用于本发明中的类金刚石碳材料一般可具有20至80GPa的硬度。当制造微电极的方法将包括如下面所讨论的研磨步骤时，类金刚石碳一般可具有60GPa或更低的硬度。例如，其可以具有导电金刚石硬度的0.75倍的硬度或更小的硬度，可选地在0.55和0.65倍之间，可选地小于或等于0.6倍。

电绝缘的类金刚石碳材料将具有至少1x10⁹ohmcm的电阻率。实际上，电阻率可以比这更高，例如其可以至少为1x10¹⁰ohmcm，可选地至少为1x10¹¹ohmcm或甚至大于1x10¹²ohmcm。