Электроды с трафаретной печатью
Печатное измерительное устройство

Электроды с трафаретной печатью (SPE) представляют собой электрохимические измерительные приборы, которые изготавливаются путем печати различных типов чернил на пластиковых или керамических подложках, что позволяет проводить быстрый анализ in situ с высокой воспроизводимостью, чувствительностью и точностью. Состав различных чернил ( углерод , серебро , золото , платина ), используемых при изготовлении электрода, определяет его селективность и чувствительность. Этот факт позволяет аналитику спроектировать наиболее оптимальное устройство в соответствии с его назначением. [1]

Эволюция этих электрохимических ячеек возникла из-за необходимости уменьшения размера устройств, что подразумевает уменьшение объема образца, необходимого в каждом эксперименте. Кроме того, развитие SPE позволило снизить производственные затраты. [1] [2] [3]

Одним из основных преимуществ является возможность модификации электродов, напечатанных методом трафаретной печати, путем изменения состава их чернил путем добавления различных металлов, ферментов , комплексообразователей, полимеров и т. д., что полезно для подготовки множества электрохимических анализов. [1] [3]

Описание

Трафаретная печать является одним из старейших методов репродукции. Трафаретные электроды (ТЭП) представлены как единое устройство, в котором есть три различных электрода : [4]


Электрод с трафаретной печатью и трехэлектродной системой: электрод сравнения (RE), рабочий электрод (WE) и вспомогательный или противоэлектрод (AE или CE)

Три электрода могут быть напечатаны на различных типах подложек (пластиковых или керамических ) и могут быть изготовлены с использованием большого разнообразия чернил . [2] [3] Наиболее распространенными чернилами являются чернила, состоящие из серебра и углерода , однако они могут быть основаны на других металлах, таких как платина , золото , палладий или медь . Кроме того, электроды могут быть модифицированы ферментами , металлическими наночастицами , углеродными нанотрубками , полимерами или комплексообразующими агентами. [2] [3] Состав чернил электрода выбирается в соответствии с конечным применением, а также селективностью и чувствительностью, необходимыми для анализа. [2] [5] [6]

Процесс изготовления электрода включает последовательное нанесение различных слоев проводящих и/или изолирующих чернил на интересующие подложки. Процесс состоит из нескольких этапов: [5]

  • Нанесение пленки обычно производится на пластик или керамику.
  • Сушка отпечатанных пленок, таким образом, исключая возможные органические растворители , необходимые для создания надлежащей адгезии. Сушка может быть выполнена в печи при температуре от 300 до 1200 °C или в чернилах холодного отверждения с последующим процессом фотоотверждения УФ-светом.
  • Процесс можно повторить, если требуются сложные конструкции с использованием соответствующего материала для конкретного проекта.

С другой стороны, как уже упоминалось выше, наиболее часто используемыми чернилами являются серебряные и углеродные , поэтому следует выделить их печатные и производственные характеристики:

  • Серебряные чернила. Эти чернила действуют как проводник, в то время как рабочие электроды печатаются в основном графитовыми чернилами, хотя также используются золотые , платиновые и серебряные чернила. Некоторые компоненты чернил вызывают различия в обнаружении и анализе. [7]
  • Чернила из серебра/хлорида серебра. Серебро/хлорид серебра является предпочтительным в отрасли эталонным электродом , поскольку он имеет стабильный электрохимический потенциал при многочисленных условиях измерения. Это делает чернила из серебра/хлорида серебра хорошим выбором для различных медицинских и промышленных применений, требующих проводящих чернил, таких как биометрический мониторинг или обнаружение тяжелых металлов. Свойства чернил можно регулировать, изменяя соотношение серебра и хлорида серебра. [8]
  • Углеродные чернила. Состав электродов обычно является конфиденциальной информацией от компании-производителя, однако существуют ключевые элементы для состава электродов, такие как связующие вещества, используемые для улучшения сродства подложки и чернил, и растворители, используемые для улучшения вязкости для процесса печати. ​​[7] Тип, размер или заряд частиц графита , а также условия печати и сушки могут влиять на перенос электронов и аналитический выход углеродных датчиков. [2]
  • Золотые чернила. Золотые чернила в настоящее время вызывают все больший интерес из-за образования самоорганизующихся монослоев (SAM) посредством прочных связей Au-S.


Электроды с трафаретной печатью золотыми, углеродными и серебряными чернилами соответственно

Преимущества и применение

Электроды с трафаретной печатью обладают рядом преимуществ, таких как низкая стоимость, гибкость конструкции, высокая воспроизводимость процесса и получаемых электродов, возможность их изготовления из различных материалов и широкие возможности модификации рабочей поверхности. Еще одним преимуществом является возможность подключения к портативному оборудованию, позволяющему определять конкретные аналиты на месте . Кроме того, электроды с трафаретной печатью позволяют избежать утомительных процессов очистки. [2] [5]

В настоящее время они используются в качестве опоры для производства портативных электрохимических биосенсоров для анализа окружающей среды. Некоторые приложения: [9]

  • Фенольные соединения : их быстрое обнаружение с помощью электрохимических биосенсоров на основе ТФЭ является сложной задачей, поскольку они легко проникают в растения, животных и людей через их мембраны и кожу, вызывая токсичные побочные эффекты.
  • Нитрит и фосфат : их обнаружение на низких уровнях имеет большое значение из-за их токсичности . Разработаны SPE, способные обнаруживать нитриты и фосфаты . Для производства чувствительных к нитриту датчиков использовались микроэлектроды в сочетании с технологией трафаретной печати.
  • Пестициды : Фосфорорганические пестициды вредны для людей и животных, поскольку они подавляют активность многих ферментов . В настоящее время появилисьингибирующие биосенсоры на основе SPE.
  • Гербициды : Питьевая вода загрязняется из-за возросшего использования гербицидов. Для достижения селективного обнаружения наиболее распространенным методом является иммуноферментный анализ, который в сочетании с SPE обнаруживается напрямую, избегая очистки и повторного использования активных компонентов.
  • Обнаружение тяжелых металлов : для обнаружения тяжелых металлов на месте необходимы простые и экономичные устройства , поскольку они обладают высокой токсичностью даже при низких концентрациях. Наиболее распространенными ионами токсичных металлов являются Pb (II) и Hg (II)
  1. Pb (II): Датчики для обнаружения свинца обычно модифицируются определенными материалами (углеродом, висмутом или золотом среди прочих) для повышения их чувствительности. Для улучшения их обнаружения эти модификаторы прикрепляются к поверхности SPE. Наиболее широко используется висмут из-за его большого выхода и улучшенной чувствительности, достигающей уровня частей на миллиард (ppb).
  2. Hg (II): ртуть является наиболее проблемным загрязнителем . Обычно для обнаружения используются золотые электроды из-за их высокого сродства. Однако использование золотых электродов приводит к структурным изменениям на поверхности, вызванным образованием амальгамы . Коммерчески доступные золотые электроды с трафаретной печатью облегчают измерения ртути в воде, поскольку не требуют подготовки электродов.
  • Генерация субстратов SERS . В последние годы SPE использовался для генерации субстратов SERS in situ для аналитических целей. [10]

С другой стороны, правильный производственный процесс важен для избежания низкой воспроизводимости, для поощрения минеральных связующих или изолирующих полимеров, которые достигают высокой стойкости SPE, и для использования чернил, которые не оказывают существенного влияния на кинетику происходящих реакций. В производстве поверхностная обработка используется для удаления органических загрязнений из чернил. Это улучшает их электрохимические свойства за счет увеличения шероховатости поверхности. [3]

Ссылки

  1. ^ abc Ренедо, О. Домингес; Алонсо-Ломилло, Массачусетс; Мартинес, MJ Arcos (15 сентября 2007 г.). «Последние разработки в области электродов для трафаретной печати и связанных с ними применений». Таланта . 73 (2): 202–219 . doi :10.1016/j.talanta.2007.03.050. ПМИД  19073018.
  2. ^ abcdef Талеат, Захра; Хошру, Алиреза; Мазлум-Ардакани, Мохаммад (июль 2014 г.). «Электоры для биосенсорной печати: обзор (2008–2013 гг.)». Микрохимика Акта . 181 ( 9–10 ): 865–891 . doi : 10.1007/s00604-014-1181-1. ISSN  0026-3672. S2CID  98195936.
  3. ^ abcde Гонсалес Дьегес, Ноэлия; Эрас Видаурре, Арансасу; Колина Сантамария, Альваро (2017). «Espectroelectroquímica UV-Vis с сериграфическими электродами. Исследование и определение нейротрансмисоров». Докторская степень Тезиса, Университет Бургоса .
  4. ^ Харви, Дэвид. (2002). Современная аналитическая книга. Мадрид: McGraw-Hill Interamericana de España. ISBN 84-481-3635-7. OCLC  52938858.
  5. ^ abc Laschi, Serena; Mascini, Marco (2006). «Планарные электрохимические датчики для биомедицинских применений». Medical Engineering & Physics . 28 (10): 934–943 . doi :10.1016/j.medengphy.2006.05.006. PMID  16822696.
  6. ^ Fanjulbolado, P; Queipo, P; Lamasardisana, P; Costagarcia, A (2007-12-15). «Производство и оценка модифицированных углеродных нанотрубок трафаретных электродов в качестве электрохимических инструментов». Talanta . 74 (3): 427– 433. doi :10.1016/j.talanta.2007.07.035. PMID  18371659.
  7. ^ аб Фанджул-Боладо, Пабло; Эрнандес-Сантос, Дэвид; Ламас-Ардисана, Педро Хосе; Мартин-Перния, Альберто; Коста-Гарсия, Агустин (2008). «Электрохимические характеристики электродов с трафаретной печатью и обычных электродов из углеродной пасты». Электрохимика Акта . 53 (10): 3635–3642 . doi :10.1016/j.electacta.2007.12.044.
  8. ^ "Ag/AgCl (Silver Silver Chloride) Screen Printed Electrodes". Almax - RP . 17 ноября 2020 . Получено 12 августа 2021 .
  9. ^ Ли, Мэн; Ли, Юань-Тин; Ли, Да-Вэй; Лонг, И-Тао (2012). «Последние разработки и применение электродов с трафаретной печатью в анализах окружающей среды — обзор». Analytica Chimica Acta . 734 : 31–44 . doi :10.1016/j.aca.2012.05.018. PMID  22704470.
  10. ^ Мартин-Йерга, Даниэль; Перес-Хункера, Алехандро; Гонсалес-Гарсия, Мария Бегонья; Пералес-Рондон, Хуан В.; Эрас-Видаур, Аранзасу; Колина-Сантамария, Альваро; Эрнандес-Сантос, Дэвид; Фанджул-Боладо, Пабло (2018). «Количественная рамановская спектроэлектрохимия с использованием серебряных электродов с трафаретной печатью». Электрохимика Акта . 264 : 183–190 . doi :10.1016/j.electacta.2018.01.060. hdl : 10259/4935 .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Электроды_с_трафаретной_печатью&oldid=1236777075"