Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
мкм напыляют тройной слой С г А и С г толщиной 0,1 мкм (Сг служит
адгезионным слоем). Затем металлический слой полностью покрывают слоем
фоторезиста, растворимость
Рис. 21.3. Маски металлического (а) и изолирующего (6) слоев 16-
электродного датчика; с помощью описанной в тексте техники фотолитографии
можно изготовить любую требуемую двумерную электродную систему.
•(мм
20*
308
Глава 21
которого меняется после экспозиции в ультрафиолетовом свете. После первой
экспозиции через металлическую маску и обработки соответствующим
растворителем ("проявление") фоторезист покрывает только те части тонкой
металлической пленки, которые образуют электродные участки, тонкие
металлические связующие дорожки и контакты. Незакрытую металлическую
пленку вытравливают избирательно действующими травильными растворами для
Сг и Au [25]. Затем методами химического напыления в плазме наносят
изолирующий слой Si3N4 толщиной 2-3 мкм, покрывающий как металлическую
структуру, так и стеклянную подложку. После второй фотолитографической
стадии с использованием маски изолирующего слоя фоторезист покрывает
изолирующий слой за исключением электродных и контактных участков. Метод
плазменного травления позволяет получать строго определенные электродные
участки даже микронных размеров.
Далее стеклянную подложку обрезают алмазным стеклорезом под микроскопом,
придавая ей иглообразную форму. Модифицированная методика изготовления
стеклянного микроэлектрода позволяет изготовить датчик с тонким кончиком,
который можно плавно вводить в мозговую ткань. Описанную тонкую
металлическую структуру можно связать с изолированными медными выводами
или непосредственно с интегральными электронными схемами. Связующие
участки должны быть защищены как электрически, так и механически; обычно
их покрывают синтетической смолой или силиконовой резиной. Верхний слой
Сг на электродных участках удаляют, а остающийся слой Au можно
дополнительно покрыть электролитически слоями различных металлов,
например золота, платины или серебра (последнее можно превратить в AgCl,
и таким образом получится электрод сравнения), с тем чтобы создать
гладкую поверхность датчика, либо для различных прикладных целей,
обсуждаемых ниже.
Для многоэлектродных датчиков используют и другие изоляционные материалы
и металлы [5, 13, 16, 21, 27]. Широкие возможности заключаются в
интегрировании электродов с лежащими под ними электронными схемами.
Исследуется также возможность введения интегральной схемы непосредственно
в ту же кремниевую подложку, на которой формируют электроды [22, 26].
21.3.2. Электрические характеристики датчиков
Электроды образуют систему электрод - электролит с тканью, электрические
свойства которой определяют прохождение сигнала, помехи между парами
тонких металлических токоподводов и сопряжение сигналов через тонкий
изоляционный слой. Чтобы быть уверенным в отсутствии помех при
регистрации сигнала, необходимо проанализировать электрические
характеристики этой системы, их зависимость от частоты сигнала, размера и
материала электрода и электролита.
Границу раздела между электродом и электролитом можно представить
эквивалентной электрической цепью, учитывая как процессы переноса заряда
в двойном электрическом слое вблизи поверхности электрода, так и
протекающие на этой поверхности процессы диффузии, кристаллизации и
химические реакции [24].
При регистрации электрической активности мозговой ткани измеряют
изменения потенциалов между тонкопленочными электродами и большим
электродом сравнения. Во время измерений ток необходимо минимизировать во
избежание раздражения ткани. Это означает, что кристаллизационные и
химические процессы на электродных поверхностях можно исключить, и
эквивалентная схема, представляющая границу раздела электрод -
электролит, сводится к комбинации RC. Сопротивление R и емкость С этой
цепи можно определить путем вольтамперометрических измерений. Чтобы
полученные результаты можно было сравнивать с импедансом больших
электродов [7], далее также будут использоваться эквивалентные АС-
цепочки.
Тонкопленочные микроэлектроды
309
Рис. 21.4. Схема установки для измерения импеданса границы раздела
электрод-электролит; амплитудные и фазовые измерения позволяют рассчитать
емкостную и омическую составляющие импеданса.
На рис. 21.4 приведена схема установки для определения импеданса электрод
-электролитной системы Z и его омической и емкостной составляющих. R и С
рассчитывают в соответствии с правилом деления напряжения из измеряемого
соотношения между приложенным напряжением и его падением на электродном
импедансе, а также их сдвигом по фазе. Наши предварительные опыты, в
согласии с теорией [24] и данными других авторов [7], показали, что как
только плотность тока превысит критическое значение, измеряемый импеданс
границы раздела электрод-электролит становится функцией плотности тока.
Поэтому при исследовании границы раздела электрод - электролит мы
