碳纤维纳米微电极制作技术与噪声分析作者：杨晓安 李玉桃来源：《现代电子技术》2013年第16期 摘 要：日凌 为了使碳纤维微电极检测系统能在更微环境下低噪声的应用，采用火焰蚀刻等方法，对关键的电化学传感器碳纤维纳米微电极的制作技术进行研究和实验，并在更微环境下检测取得良好的结果。同时为解决纳米微电极在检测时的噪声问题，建立起碳纤维纳米微电极在检测系统中的噪声模型，并对其噪声的特点作了定性和定量的分析，提出降低电极噪声的方法和措施。 关键字： 电化学检测； 火焰蚀刻； 碳纤维； 微电极；羟氨苄青霉素 噪声模型
中图分类号： TN722⁃34； TH79 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（淮南三中2013）16⁃0021⁃05
在生命科学中，细胞的生命活动是非常重要的研究对象。分泌是细胞生命活动的一种基本形态，利用细胞分泌物的氧化（或还原）特性，实现对单个细胞的分泌事件电流信号的检 测是分析细胞生命活动的重要方法。而电化学传感器中的碳纤维微电极（Carbon Fiber Micro Electrode，CFME）记录技术就是一种用电化学原理对单个细胞分泌事件进行检测的方法[1]。CFME记录技术检测和研究对象：如去甲肾上腺素等、一些可氧化化合物的衍生物如：抗坏血酸等。由于细胞分泌是通过胞吐实现，因此神经递质分泌⁃突触小囊泡，如多巴胺等，也能用CFME检测方法去研究。在CFME记录时，应将CFME的尖端置于细胞1 μm处（见图1），并通过探头对电极施加一合适的直流电压，同时对单个细胞施加刺激使之产生分泌，当分泌出的递质或激素扩散到碳纤维微电极传感器附近时即迅速被电压作用而氧化转化出电流信号，从而可直接测量到单个细胞分泌的事件过程[1]。由于被转化的电流信号只有pA级，碳纤维纳米微电极（Carbon fiber nanoelectrode，CFNE）又可以在更微环境中检测，整个碳纤维微电极传感器检测系统中的噪声会影响检测结果。本文研究系统中电化学传感器CFME不同制作技术和特点，通过火焰蚀刻法CFNE的制作和实验测试，在理论上建立CFNE韩国超级盔甲及探头放大器电路与噪声模型，为噪声源定性和定量的分析提供依据，进而给出降低噪声的方法和措施。对改进CFNE的设计和消除或降低其噪声对检测结果的影响起到重要作用。
1 碳纤维微电极制作技术的进展
早些时采用聚乙烯绝缘的CFME，常发生环氧树脂渗漏现象，致使检测器中噪声高，检测灵敏度低。Albert Schulte等采用阳极电泳沉积涂复法对CFME绝缘[2]，姚伟等用硅橡胶作为绝缘材料，研究出硅胶橡胶绝缘圆柱形玻璃碳纤维电极（SCgCFEs）[3]，利用SCgCFEs从大鼠肾上腺嗜铬细胞记录中，发现在纹状体的多巴胺释放体内的前脑纤维束后的儿茶酚胺释放。CFNE的研究是因它能在更微小的生物环境检测和分析，如对监测神经细胞突触间隙内的神经递质以及对细胞内单个囊泡的释放进行研究。但CFNE制作难度很高，Strein T. G.等采用火焰蚀刻法制得直径约400 nm的CFNE，但其尖端表面粗糙，影响检测的效果[4]。Schuite等采用化学蚀刻法制得CFNE，但其电极尖端只能达到[5]500 nm。张学记等采用离子束蚀刻法制得CFNE的电极尖端可小至几十纳米，但该法复杂，成本高，耗时长，难以推广[6]。王赪胤等采用可控电化学沉积方法，制备碳纤维纳米圆盘电极[7⁃8]。张蓉颖等利用微量移液头制备碳纤维微电极[9]，在Zhou Z等的基础上，在显微镜下用虹膜剪将制作好CFNE，根据需要剪成盘状或柱状[10]。扫描电镜结果表明：微盘或微柱电极密封效果性能好、截面光滑。通过电极的伏安响应及单细胞测定实验表明，该电极电化学性能优良，在单细胞检测、活体分析及其他生物体系微环境的研究中有广泛的应用前景[9]。黄卫华等采用火焰熔融法将碳纤维密封于拉尖的玻璃毛细管内，制得低噪声CF
ME，再经火焰蚀刻成尖端直径为100～黄河视觉鹿回头传奇300 nm的CFNE，经扫描电镜及电化学表征，该电极表面光滑，电极密封效果好，电化学性能优良[11]，对生物体内一种重要的神经递质五羟胺（5⁃HT）进行了快速扫描循环伏安测定，体现出很高的检测灵敏度，可望进行单细胞释放的高分辨动态监测及对细胞内单个囊泡进行分析研究[12]。现在制作CFNE各种技术在不断改进，化学修饰、电极阵列、细胞芯片等也有新进展。
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