本發(fā)明屬于電化學分析，同時涉及微納結構加工領域，具體涉及一種三電極一體化光電化學微電極的制備方法。

背景技術：

1、常規(guī)的細胞分析技術僅反映了細胞群體的平均信息，掩蓋其個體差異，無法提供單個細胞層面的詳細信息，在研究細胞異質性和疾病微環(huán)境時顯得尤為不足。單細胞分析技術允許在不破壞細胞正常狀態(tài)的情況下，對單個細胞進行精確分析，從而揭示細胞內部的微妙變化，甚至預測疾病的發(fā)展趨勢。光電化學是一種前沿的分析技術，由于其激發(fā)光源與檢測信號的分離，避免了傳統(tǒng)電化學方法中的背景干擾，提升了檢測靈敏度。光電化學易于微型化的特性使其對活體的兼容性更高，有望為單細胞分析開辟新的研究途徑。

2、納米管電極憑借其易于制造和可調控的特性，以及對細胞干擾最小的優(yōu)點，展示出卓越的時間和空間分辨率。通過物理或化學修飾使其功能化，并且集成不同技術，能夠進一步滿足細胞內操作要求，廣泛應用于單細胞分析領域。現(xiàn)有的納米移液管檢測裝置通常為分離的二電極體系，通過一根導線連接功能化的納米管作為工作電極，與位于外置緩沖溶液的參比電極形成回路。盡管二電極體系在單細胞分析領域有所進展，但仍存在一定的局限性。例如電極易發(fā)生極化導致電位變化，以及體系本身的溶液電壓降問題。這些局限性降低了測試結果的準確性，甚至是對測試目標細胞造成損傷。因此提出一種三電極一體化光電化學微電極裝置的制備方法顯得尤為重要。

3、三電極一體化納米微電極將工作電極、參比電極和對電極集成在一根納米管中，工作電極與對電極構成電極回路，測試實際反應，參比電極提供電位基準以確保測量準確性。通過精確的電位控制，三電極一體化納米管微電極不僅具備強抗干擾能力，還能有效規(guī)避二電極體系本身的問題，減小測試誤差，并且可以實現(xiàn)對細胞內部的原位測試。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種三電極一體化光電化學微電極及其制備方法，通過在納米管電極的內壁化學還原合成鉑層作為對電極，在納米管電極外壁合成光電活性材料作為工作電極，再將ag/agcl絲參比電極組裝進納米管電極，從而實現(xiàn)三電極一體化光電化學微電極的制備。

2、具體方案如下：

3、一種三電極一體化光電化學微電極，包括ag/agcl絲、銀絲、硼硅酸鹽納米管、納米管外壁金屬鉑膜、銅絲、納米管內壁金屬鉑層和光電活性材料；ag/agcl絲的一端軸向伸入硼硅酸鹽納米管內，在硼硅酸鹽納米管外的銀絲部分作為電極引腳，連接參比電極回路；銀絲的一端軸向伸入硼硅酸鹽納米管內，與納米管內壁金屬鉑層接觸，另一端連接對電極回路；銅絲的一端纏繞在納米管外壁金屬鉑膜上，連接電鍍在納米管外壁金屬鉑膜上的光電活性材料，另一端與工作電極回路連接，得到三電極一體化光電化學微電極。

4、一種三電極一體化光電化學微電極的制備方法，步驟如下：

5、步驟1、制備納米管電極：

6、將清洗過的硼硅酸鹽毛細管通過激光拉制儀拉制成納米管電極。

7、步驟2、制備納米管內壁的鉑層：

8、將3-氨基丙基三乙氧基硅烷（aptes）溶液和聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）（pedot:pss）溶液依次注入納米管電極內保持一段時間，隨后將溶液從納米管電極內離心去除，再注入氯鉑酸（h2ptcl6）和乙二醇（eg）的混合溶液在一定溫度下保持一段時間，獲得納米管電極內壁的鉑層。

9、步驟3、制備光電活性材料：

10、以cu2o為例介紹電鍍法制備光電活性材料：將納米管電極通過磁控濺射在其外壁濺射上一層鉑膜后放入箱式爐退火，然后將無水醋酸銅（cu(ch3coo)2）和無水乙酸鈉（ch3coona）通過劇烈攪拌進行混合，將退火結束的納米管電極浸入混合溶液里電鍍合成cu2o光電活性材料。

11、步驟4、制備ag/agcl絲：

12、將直徑為0.8?mm銀絲放入次氯酸鈉（naclo）溶液中靜置30?min，隨后用超純水清洗，將醋酸纖維素（ca）溶液包裹在ag/agcl絲頂端，未接觸醋酸纖維膜的部分絕緣，其中保留一部分銀絲用于連接電路。

13、步驟5、組裝三電極一體化光電化學微電極：

14、使用銅絲連接納米管電極外壁的鉑膜上的cu2o光電活性材料，通過銀絲連接納米管內壁的鉑層，最后將ag/agcl絲伸入納米管內構成三電極一體化光電化學微電極。

15、進一步地，步驟1中，硼硅酸鹽毛細管在濃硫酸（h2so4）：30%?過氧化氫（h2o2）=3:1混合溶液浸泡1?h，超純水洗凈后在80℃真空環(huán)境干燥。

16、進一步地，步驟1中，納米管電極通過激光拉制儀拉制，采用的具體參數(shù)設置為heat＝380，fil＝1，vel＝10，del＝145，pull=180。

17、進一步地，步驟2中，將10?μl?9.1%?aptes的乙醇（c2h5oh）溶液注入納米管電極內，常溫反應10?min，之后將溶液通過離心移除，60℃真空干燥30?min，隨后將10?μl?pedot:pss的甲醇（ch3oh）溶液注入納米管電極內，室溫下避光反應30?min，之后將溶液通過離心移除，110℃真空干燥30?min，隨后將10?μl?25?mm?h2ptcl6與eg混合溶液注入納米管電極內，在120℃的溫度下反應1?h，反應結束后通過離心將多余溶液從納米管電極內移除，得到鉑層。

18、進一步地，步驟2中，將pedot:pss與ch3oh以體積比為1:1配置成pedot:pss的ch3oh溶液。

19、進一步地，步驟2中，離心速率均為11800?rpm。

20、進一步地，步驟3中，磁控濺射過程中使用的為鉑靶材，濺射電流100?ma，時間為300?s。

21、進一步地，步驟3中，箱式爐80℃退火1?h。

22、進一步地，步驟3中，電鍍液是將41.01?mg?ch3coona和181.65?mg?cu(ch3coo)2溶解至50?ml超純水中，劇烈攪拌15?min配制而成。

23、進一步地，步驟3中，電鍍過程施加的電壓為-0.2?v，時間為20?s。

24、進一步地，步驟4中，ca溶液是將1500?mg的ca溶解在3?ml?醋酸（ch3cooh）配制而成。

25、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明將三電極集成于一個納米管電極裝置內，工藝簡單，可重復性強，由于完整三電極的集成，有望實現(xiàn)對單個細胞內微量物質的原位電化學檢測，拓寬納米管電極裝置在單細胞檢測分析方面的應用。

技術特征：

1.一種三電極一體化光電化學微電極，其特征在于，所述的微電極由七個部分組成，分別為ag/agcl絲、銀絲、硼硅酸鹽納米管、納米管外壁金屬鉑膜、銅絲、納米管內壁金屬鉑層、光電活性材料；ag/agcl絲的一端軸向伸入硼硅酸鹽納米管內，在硼硅酸鹽納米管外的銀絲部分作為電極引腳，連接參比電極回路；銀絲的一端軸向伸入硼硅酸鹽納米管內，與納米管內壁金屬鉑層接觸，另一端連接對電極回路；銅絲的一端纏繞在納米管外壁金屬鉑膜上，連接電鍍在納米管外壁金屬鉑膜上的光電活性材料，另一端與工作電極回路連接，得到三電極一體化光電化學微電極。

2.一種三電極一體化光電化學微電極制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.?如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟1中，硼硅酸鹽毛細管在濃硫酸：30%?過氧化氫=3:1的混合溶液浸泡1?h，超純水洗凈后在80℃真空環(huán)境干燥。

4.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟1中，納米管電極通過激光拉制儀拉制，采用的具體參數(shù)設置為heat＝380，fil＝1，vel＝10，del＝145，pull=180。

5.?如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟2中，將10?μl?9.1%?3-氨基丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液注入納米管電極內，常溫反應10?min，之后將溶液通過離心去除，60℃真空干燥30?min，隨后將10?μl聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）的甲醇溶液注入納米管電極內，室溫下避光反應30?min，之后將溶液通過離心移除，110℃真空干燥30min，隨后將10?μl?25?mm?氯鉑酸和乙二醇的混合溶液注入納米管電極內，在120℃的溫度下反應1?h，反應結束后通過離心將剩余溶液從納米管電極內移除，得到鉑層，最后放入箱式爐退火。

6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟2中，將聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）與甲醇以體積比為1:1配置成聚（3,4-亞乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）的甲醇溶液。

7.?如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟2中，離心速率均為11800?rpm。

8.?如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟3中，磁控濺射過程中使用的為鉑靶材，濺射電流100?ma，時間為300?s；箱式爐80℃退火1?h。

9.?如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟3中，電鍍液的配置是將41.01?mg無水乙酸鈉和181.65?mg?無水醋酸銅溶解至50?ml超純水中，劇烈攪拌15?min；電鍍過程施加的電壓為-0.2?v，時間為20?s。

10.?如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟4中，醋酸纖維素溶液是將1500mg的醋酸纖維素溶解在3?ml?醋酸配制而成。

技術總結
本發(fā)明公開了一種三電極一體化光電化學微電極及其制備方法。其中，微電極集工作電極，參比電極，對電極三種電極的功能于一體。制備方法為利用激光拉制儀將硼硅酸鹽毛細管拉制成納米管電極，通過化學還原法在納米管電極內壁合成金屬鉑層作為對電極；接著使用磁控濺射技術將金屬鉑均勻地濺射在納米管電極外壁形成鉑膜，在濺射好的鉑膜上通過電鍍方法合成光電活性材料作為工作電極；參比電極是由微米級銀絲氯化形成銀/氯化銀電極，經(jīng)絕緣處理后修飾在納米管電極內部，即制得三電極一體化光電化學微電極。本發(fā)明方法可以將三電極體系集成在一個微電極裝置，能夠實現(xiàn)完整的光電化學測試；且工藝簡單、可重復性強，有望應用于細胞內分析物的原位測試。

技術研發(fā)人員：王兆寅,韋琬婷,戴志暉
受保護的技術使用者：南京師范大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/8