碳纤维纳米微电极制作技术与噪声分析

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Production technology and noise analysis of carbon fiber nano microelectrodeYANG Xiao-an 。LI Yu.tao(1.Department of Information Engineering，Zhuhai Radio and TV University.Zhuhai 519000，China：2.Analysis Science Center，College of Chemistry and Molecule Sceinee，Wuhan University，Wuhan 430072。China)Abstract：In order to realize low noise application of the detection system for the carbon fiber microelectrode in the moremicro environment，some methods of flame etching are used to research the production technology for carbon fiber nano micro-electrode of the key electrochemical sensor.The test in more micro environment achieved good results.A noise model of the car-bon fiber microelectrode was establish in the detection system to solve the nano microelectrode noise problem occurring in thetest.The qualitative and quantitative analyses of noise characteristics are performed.Methods and measures of reducing the mi-croelectrode noise are put forward。

Keywords：electrochemical detection；flame etching；carbon fiber；microelectrode；noise model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-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 Mi-crO E1ectrode，CFME)记录技术就是-种用电化学原理对单个细胞分泌事件进行检测的方法川。CFME记录技术检测和研究对象：如去甲肾上腺素等、-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 m处(见图1)，并通过探头对电极施加-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收稿日期：2013-04.22基金项目：广东远程开放教育科研基金(YJ1214)流信号，从而可直接测量到单个细胞分泌的事件过程” 。

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[21，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) ，利用第16期 杨晓安，等：碳纤维纳米微电极制作技术与噪声分析 23象和相应的检测方法，但因不同的制作技术使得制作CFME的难易程度、实用性、耐用性、可靠性、稳定性、精度等都有区别，而制作工艺上的不足带来程度不同的噪声，直接影响它的检测效果。

图4 交感神 经元的检测本文主要对-种较为典型的硼硅酸盐玻璃管绝缘的CFNE电特性做分析，并建立 CFNE电路及噪声模型，并对 CFNE在制作技术上的改进或注意事项提出相应的解决方法。

3.1 碳 纤维微 电极放大器系统噪声模型碳纤维纳米微电极放大器系统的示意图如图5所示，它主要由细胞、浴池、CFNE、参考电极和探头(CFME放大器)等部分组成。其中CFNE与CFME放大器部分的等效电路如图5(b)所示。而相应的等效噪声模型如图5(c)所示。

，甩＆ r、、 1 6 (1)( 、 > IJ l l 厂 /l(c)图5 碳纤维纳米微 电极放 大器 系统的示意 图图5(b)中 为CFNE尖端碳纤表面通过浴池溶液到细胞间的等效阻抗； 为硼硅酸盐玻璃管绝缘CFNE与浴池电极等效漏电阻抗 ；R 为硼硅酸盐玻璃管的漏电阻；c目为硼硅酸盐玻璃管的漏电容 ； 为兄 碳纤维电阻、 石墨粉导电胶、 。 铜丝的等效电阻之和；R 为硼硅酸盐玻璃管体电阻串联 gb环氧树脂体电阻及损耗电阻；C 为CFNE尾端电容 与微电极中端电容c ，以及支架对地等效电容，其中 ：是硼硅酸盐玻璃管的漏电容 串联环氧树脂漏电容 Cc；G为放大器等效输入电容。图5(c)中z ，z ，品 ，A 为等效无噪声元器件。系统噪声由CFNE尖端碳纤维表面和浴池之间的噪声s (/)、CFNE内噪声.s ( )、CFNE与支架的噪声Js (厂)、CFME放大器等效输人噪声s (.厂)等四个部分构成。这几部分噪声是相对独立，互不相关的。因此 ，可根据噪声理论得出系统总噪声为 ，：s (/)Sc( ).s (/)5 (，).s (厂) (1)本文将主要定性地分析CFNE内噪声 s (.厂1产生的机制及其如何降低它们的办法。其他噪声的处理方法可