功能化玻碳电极的电化学生物传感器可用于乙肝检测

前言

电化学生物传感器在护理环境中有很大的应用潜力，因为与光学传感器相比，它们涉及更简单的测量，并且可以在复杂的分析物中操作。在这种情况下，碳电极已被广泛探索，因为它比其他金属更稳定。此外，碳表现出良好的生物相容性，生物分子的低非特异性吸附，因此有望导致高选择性。与光学传感器相比，电化学传感涉及更简单的测量，并且可以在复杂的分析物中工作。碳具有优异的性能，如广泛的电化学稳定性、低背景噪声和优异的生物相容性。它有许多同素异形体，包括金刚石、石墨、C60、碳纳米管、玻璃碳，它们有一个共同的结构，由支持导电性的sp2键原子组成，形成电荷转移复合物的能力，独特的光学性质，理想的化学反应性，以及与各种生物识别元素相互作用的可能性。对于诊断来说，检测诸如乙型肝炎、丙型肝炎、艾滋病毒等病毒感染是重中之重，因为它们对人类是致命的。商业上现有的病毒检测技术是基于酶联免疫吸附试验(ELISA)，其灵敏度低。在这一阶段，治疗费用显著增加。因此，希望实现低检测限，低至几个飞秒。最近有人试图通过使用等离子体金纳米粒子和使用氧化铟纳米带的电子酶联免疫吸附试验来降低病毒检测的极限。

研究内容

然而，这些技术不便于现场测试，因为它们需要标签和大量的生化处理。因此，已经对病毒的无标记检测进行了大量的研究，但是大多数研究都存在稳定性差和信噪比受限的问题。为了满足社会的需要，开发一种灵敏的、可重复的无标记电化学病毒检测传感器是非常及时的。在这种背景下，印度的研究人员通过传统的紫外光刻和热解工艺(C-MEMS方法)在氧化硅衬底上开发了玻碳电极。电极已经用抗乙肝表面抗原抗体进行了功能化，并用不同浓度的乙肝表面抗原进行了实验。

实验方法

首先，SU-8电极使用传统的光刻工艺制造，然后聚合物结构已经通过热解转化为玻璃碳。为了制造SU-8电极，使用了一个2英寸的硅片，上面有一层1米的热氧化二氧化硅层。SU-8 2010负性光致抗蚀剂(PR)以3000转/分钟的速度在基材上旋涂30秒钟，最终层厚为10 um。为了蒸发PR溶剂并实现PR层在基材上的均匀分布，样品在95℃下加热2.5分钟。然后，通过薄膜光掩模将光致抗蚀剂暴露于紫外辐射，随后在95℃下进行曝光后烘焙3分钟，以交联曝光的图案。最后，将紫外线曝光的样品浸入SU-8显影液中2分钟，以去除未曝光的区域。样品已在氮气气氛下的加压炉(Tempress，NL)中热解。以5℃/分钟的升温速率将炉内温度从室温升至300℃，并在该温度下保持60分钟以实现热稳定，然后使用相同的升温速率将温度升至最高热解温度并保持恒定60分钟。使用三个不同的值(800℃、900℃和1000℃)作为制备样品的最高热解温度。最后，熔炉以10℃/分钟的速度冷却至室温。

SU-8电极向碳电极转化示意图。

吸光度随移至电极表面的不同浓度HRP-HIgG抗体的变化。

碳电极表面1 pM丙肝抗原加入前后的典型变异系数图。

结论

本文报道了用常规紫外光刻法制作碳电极，形成SU-8结构和SU-8热解一步转化为玻碳。用扫描电镜对制备的电极进行了结构表征表面形态，以及使用拉曼光谱获得结晶度信息。该研究证明了使用功能化玻碳电极的乙型肝炎表面抗原电化学传感行为的概念，当与低成本微流控平台集成时，可适用于现场诊断。

DOI：10.1109 / JSEN.2020.3001038。