絲網(wǎng)印刷電化學(xué)生物傳感器及其水環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究

隨著價(jià)格低廉的一次性絲網(wǎng)印刷電極的出現(xiàn)，電化學(xué)生物傳感器逐漸向小型化和便攜化的方向發(fā)展。因此，開展基于絲網(wǎng)印刷電極的電化學(xué)生物傳感器的研究，對(duì)于擴(kuò)大生物傳感器的商業(yè)化應(yīng)用具有非常重要的意義。本文以建立完整的電化學(xué)生物傳感器的研究體系為目標(biāo)，對(duì)絲網(wǎng)印刷電極的制作、傳感器的制備及電化學(xué)分析方法的建立進(jìn)行了研究。使用平面絲網(wǎng)版在圓面承印物上印刷，一般是刮墨板固定，印版水平移動(dòng)，承印物隨印版等線速度轉(zhuǎn)動(dòng)。研究?jī)?nèi)容及結(jié)果主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：(1)絲網(wǎng)印刷電極的制備：設(shè)計(jì)了三電極系統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷電極，通過(guò)絲網(wǎng)印刷工藝制備出可應(yīng)用于本研究工作中生物傳感器的基礎(chǔ)電極。對(duì)電極的制備工藝進(jìn)行了詳細(xì)介紹，討論了制備過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題，并研究了絲網(wǎng)印刷電極的電化學(xué)性能。該電極可批量制作，成本低、比傳統(tǒng)電極更具有應(yīng)用價(jià)值。(2)絲網(wǎng)印刷基礎(chǔ)電極的初步應(yīng)用：采用滴涂法直接將DNA修飾到SPE工作電極表面，制備了DNA/SPE的電化學(xué)生物傳感器，以三聯(lián)釕(Ru(bpy)32 )作為信號(hào)分子，采用循環(huán)伏安法對(duì)水環(huán)境中α-萘胺進(jìn)行了測(cè)定。

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網(wǎng)版印刷電極的應(yīng)用

相對(duì)于單個(gè)電極制作來(lái)說(shuō)，利用網(wǎng)版印刷制作電極可以將工作電極、對(duì)電極以及參比電極都集成在幾厘米大小的測(cè)試條內(nèi)，大大縮小了采樣量。

網(wǎng)版印刷電極的基層可以使用硬性材料，如陶瓷、玻璃、鋁片等，也可以選用柔性材料，如 PET、PVC、PDMS等。

網(wǎng)版印刷油墨主要由色料、連接料和助劑組成。對(duì)于印刷生物傳感器電極來(lái)說(shuō)，惰性電極的工作電極和對(duì)電極一般選用碳或惰性金屬油墨，而檢測(cè)電壓的參比電極選用銀/氯化銀油墨。

印刷電極作為傳感器識(shí)別系統(tǒng)與檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換輸出設(shè)備的中間橋梁，接受催化物質(zhì)與底物反應(yīng)電子，再和檢測(cè)設(shè)備連接將電信號(hào)放大輸出，所以電極圖案設(shè)計(jì)以及印刷方法可以多樣化，如下圖為一種雙電極印刷過(guò)程。

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絲網(wǎng)印刷油墨的組成

絲網(wǎng)印刷油墨是由色料、連結(jié)料、填料、助劑依據(jù)需要按一定配比相混合，經(jīng)過(guò)反復(fù)研磨、軋制而成的復(fù)雜膠體。功能性絲網(wǎng)印刷（如線路板印刷、示溫印刷等）所用的油墨，還須添加功能性材料。

(1)色料。包括顏料和染料，主要使用的是顏料，顏料是油墨的主要成分。美工設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品的外觀裝飾是非常重視的，而我國(guó)目前用于外觀裝飾的工藝較少，限制了美工人員的思路，使他們只能通過(guò)產(chǎn)品的尺寸，各種線條的運(yùn)用，塑料本身有限的顏色，來(lái)改變產(chǎn)品的外觀。色料決定油墨的色相、著色力、色度、耐酸、耐堿、耐光、耐水等性能以及油墨的細(xì)度、干燥性、遮蓋力、密度等。顏料在介質(zhì)中呈顆粒狀態(tài)，而染料在介質(zhì)中呈分子狀態(tài)。顏料借助于膠體附著在物體表面，而染料可使物體的內(nèi)部著色。

(2)連結(jié)料。是油墨的主體，主要作用是使色料和填充料能很好地固著于承印物上，并使印刷品的墨膜面具有一定的光澤。研究?jī)?nèi)容及結(jié)果主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：(1)絲網(wǎng)印刷電極的制備：設(shè)計(jì)了三電極系統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷電極，通過(guò)絲網(wǎng)印刷工藝制備出可應(yīng)用于本研究工作中生物傳感器的基礎(chǔ)電極。連結(jié)料的黏度、色滲、拉力、抗水性、干燥性等是決定油墨性能優(yōu)劣的重要因素。油墨連結(jié)料一般有油型連結(jié)料、樹脂型連結(jié)料、溶劑等。油型連結(jié)料多以植物油為主，經(jīng)加工后方可使用。

(3)填料。又稱填充料，一般為白色或無(wú)色透明的粉末狀物質(zhì)，如碳酸鈣、鋁鋇白等。它的作用是把過(guò)于飽和的、遮蓋力過(guò)大的顏料加以稀釋，減少顏料用量，降低油墨成本。

(4)助劑。是加入油墨中用以改變或提高油墨印刷適性的物質(zhì)。常用的絲網(wǎng)印刷油墨助劑有催干劑、止干劑、增塑劑、消泡劑、穩(wěn)定劑、減黏劑、防沉淀劑、沖淡劑、靜電防止劑、抗摩擦劑、抗化學(xué)腐蝕劑等。

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