电极材料由Bi(32.5 wt%)、In(51 wt%)和Sn(16.5 wt%)(BIS)组成,所得共晶合金的熔点为59℃。为了保证电极和基底之间的黏连度,液态金属在空气中连续搅拌,直到氧化5%。电极的总体设计如图12.8所示[18]。图12.8a是不锈钢模板,厚度为50 μm。液态金属电极与商业电极的形状略有不同,形状如图12.8b所示。在PVC基底上通过直接手工印刷,制作了由工作电极(WE)、反电极(CE)和参考电极(RE)组成的液态金属电极(图12.8c)。液态金属电极可以牢固地附着在PVC基材上,在弯曲时不会断裂或脱落(图12.8d)。
图12.9描述了制作液态金属血糖电极的详细步骤。首先,为了维持熔融状态,液态金属合金在70℃下预热。与此同时,电极的掩模被放置在PVC基底上,在印刷过程中,将其紧紧地固定在59℃的加热平台上,以防止液态金属在室温下凝固。然后用刷子蘸取液体合金覆盖通道,直到掩模完全填满。最后将掩模从衬底分离,在室温下自然冷却,使液态合金凝固迅速,形成电极。由于表面粗糙,获得的电极需要用砂纸处理,然后在蒸馏水中进行超声波清洗。
图12.8 液态金属合金电极设计[18]
a.制作电极的不锈钢模板;b.液态金属电极尺寸;c.液态金属电极基本设计;d.液态金属电极柔性。
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图12.9 液态金属电极的制作工艺原理[18]
a.掩膜设计;b.将掩膜紧密贴合到基底上;c.通过毛刷将液态金属填充在掩膜里,同时基底放置在加热台上使合金保持液态;d.将掩膜从基底上分离出来,获得液态金属电极。
商业血糖测试条(SANNUO®)采用固定化葡萄糖氧化酶,在碳电极使用铁氰化钾作为电子媒介。为了加以比较,对液态金属电极进行了同样改性,制备了250 mM的水氰化钾溶液[19],将葡萄糖氧化酶溶液用磷酸盐缓冲液(PBS)稀释到1 000 units/mL。进一步将这种液态金属血糖测量电极制作成多反应模块,如图12.10所示,传感器具有多个检测区域,一个液态金属电极条带可以被使用3次或3次以上,这取决于所设计的探测区域的数量。这种方法不仅可降低成本,而且更加环保。
图12.10 多反应区液态金属血糖测量传感器的设计[18]
a.设计的传感器有3个反应段;b.试验可以从第一反应部分进行,当反应完成时,测试区域将被切断并丢弃。
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