[实用新型]一种用于微全分析系统芯片的集成式安培检测传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于微机电系统（Micro-electro Mechanical Systems, MEMS）领域，涉及一种用于微全分析系统芯片的集成式安培检测传感器。

背景技术

微全分析系统（Micro total analysis systems, µTAS）芯片是利用MEMS技术在几厘米大小的基底材料上制作微沟道、微储液池、微混合器等多种结构的系统，其同时集成微泵、微阀和检测传感器等功能模块，从而能够完成对试样的快速分析。电化学检测法中的安培检测（Amperometric Detection, AD）方法是利用电极上发生的氧化还原反应来测定物质组分含量的方法，安培检测方法不但具备设备简单、易于集成、便于携带等诸多优点，而且其灵敏度和通用性也非常好。将微全分析系统芯片与安培检测技术结合，可以实现对多种试样的痕量检测，还可以设计出一种便携式在线检测设备，顺应了检测技术设备简单、易携带、稳定性强、检测结果重现性好且成本低廉的发展趋势。

安培检测传感器是一个由工作电极、辅助电极和参比电极组成的三电极体系。工作电极决定了传感器的工作窗口（能够获得较低背景电流的扫描电压范围，以避免响应信号被背景噪声淹没）是影响检测信号的强度重要因素；辅助电极为检测电流提供闭合回路，保证“电极-溶液”界面间的氧化还原反应顺利进行；由于工作电极的绝对电位无法直接测定，必须选择一个稳定的参考值测量其相对电位，参比电极作为参考电位的提供者，决定了安培检测结果的准确度。

由于功能不同，三个电极的材料和加工工艺也有很大差别。铂、金等贵金属的背景电流低、测量精度高、加工特性好是目前应用最广泛的工作电极和辅助电极材料。将金属丝直接镶嵌到μTAS芯片的基底材料上即可得到安培检测传感器的工作电极和辅助电极，但该方法的装配精度低，检测信号的重现性差。通过溅射、蒸镀、丝网印刷等工艺可在μTAS芯片的基底材料上制得尺寸精确、形状多样的金属薄膜工作电极和辅助电极。但该方法的工艺复杂、成本昂贵，而且芯片失效后由贵金属制成的电极无法重复使用。

目前可为安培检测传感器提供稳定参考电位的参比电极主要包括标准氢电极、饱和甘汞电极和Ag/AgCl电极三种。标准氢电极是将镀有铂黑的铂片浸没在氢气或氢饱和电解液中构成的，虽然其性能理想但装配困难。而饱和甘汞电极由汞、甘汞和含Cl^-的阴离子溶液组成（Hg|Hg₂Cl₂|KCl），汞金属对环境和人体的危害使其应用范围受限。Ag/AgCl电极由覆盖着氯化银层的金属银浸在饱和氯化钾溶液中组成，使用时需要浸泡在含有Cl^-离子的溶液中，给电极的集成化装配带来了很大困难。

发明内容

实用新型目的：

本实用新型提出了一种用于微全分析系统芯片的集成式安培检测传感器结构。该传感器具有体积小、灵敏度高、检测重现性与稳定性好、集成化程度高、昂贵部件可回收等特点。本实用新型可解决目前用于微全分析系统芯片的安培检测传感器集成化制备工艺繁琐、成本高、无法重复使用的问题，满足多种离子及其化合物的便携式、集成化检测需求。

技术方案：

一种用于微全分析系统芯片的集成式安培检测传感器，其特征在于：集成式安培检测传感器由检测探头、参比电极、工作电极引线、辅助电极引线和传感器外壳组成，检测探头由环氧玻璃布、工作电极、氯离子交换膜和辅助电极组成，检测探头的一面为三层拼接结构，分别有工作电极、辅助电极和夹在中间的氯离子交换膜，检测探头的另一面为环氧玻璃布，环氧玻璃布在与工作电极相对应的位置，开有工作电极引线孔，环氧玻璃布在与辅助电极相对应的位置，开有辅助电极引线孔，环氧玻璃布在与氯离子交换膜相对应的位置，开有离子交换孔，工作电极引线通过工作电极引线孔焊接至工作电极，辅助电极引线通过辅助电极引线孔焊接至辅助电极，工作电极引线和辅助电极引线与电化学工作站相连，中空的参比电极外壳连接在传感器探头的环氧玻璃布的一侧，于工作电极引线和辅助电极引线之间，离子交换孔位于参比电极外壳内的空腔端部；氯离子交换膜、参比电极外壳、Ag/AgCl电极、橡胶塞以及注入的饱和氯化钾溶液共同构成参比电极，橡胶塞塞入参比电极外壳远离检测探头的一端，橡胶塞中间开有过孔，Ag/AgCl电极穿过该过孔，一部分浸入参比电极外壳内冲入的饱和氯化钾溶液中，另一部分在橡胶塞外面与电化学工作站连接，传感器外壳连接在传感器探头的环氧玻璃布一侧，传感器外壳在工作电极引线、参比电极外壳和辅助电极引线的外周。