CN104931568A

CN104931568A - 氧化铟锡电化学发光反应电极的再生清洗方法

Info

Publication number: CN104931568A
Application number: CN201510361611.3A
Authority: CN
Inventors: 彭梓; 朱金国; 吴志鹏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2015-09-23

Abstract

本发明涉及一种在电化学发光生物检测技术领域中对氧化铟锡电化学发光反应电极进行再生清洗的方法，其目的在于使氧化铟锡电化学发光反应电极可多次重复使用。本发明采用的技术方案包含：水溶液清洗液浸泡清洗、无水乙醇浸泡清洗、电极表面活化处理以及烘干等步骤。

Description

氧化铟锡电化学发光反应电极的再生清洗方法

技术领域

本发明涉及在电化学发光生物检测技术领域中对氧化铟锡电化学发光反应电极的一种再生清洗方法。

背景技术

化学发光(electrochemiluminescence)是在化学反应过程中产生的发光现象。电化学发光研究始于上世纪三十年代。1929年Harvey等发现在碱性条件下电解鲁米诺时可在电极上产生发光现象，此后相关研究陆续开展。上世纪八十年代吡啶钌电化学发光体系的出现是该领域一个重大进展。此后电化学发光分析技术开始在免疫分析、核酸分析中得到有效应用。

反应电极是参与电化学发光反应的重要因素之一。传统上，电化学发光检测电极主要采用金、银、碳等导电材质，通过对电极进行表面修饰来增强电极对发生在其表面附近的化学反应的催化能力，从而提高光信号强度。传统的金、银、碳等导电材质由于不具有透明性，所以限制了它们的应用范围。

氧化铟锡（Indium Tin Oxide，ITO）是近几年随着IT产业技术发展而发明的一种导电性极好的透明电极材料。ITO薄膜具有半导体的导电性能，最低电阻率接近10^-5Ω?cm量级。ITO薄膜在紫外光区的光穿透率极低，同时近红外区由于载流子的等离子体振动现象而产生反射，所以近红外区ITO薄膜的光透过率也是很低的。然而ITO薄膜在可见光区的透过率非常好，可见光范围内平均光透过率在90%以上。 ITO非常适合加工成各种类型的电化学反应电极，它有较强的附着力和良好的机械强度，ITO在碱性条件下化学性能稳定，但易溶于强酸，因此可用硫酸溶液湿法刻蚀工艺制备电化学电极电路。目前，ITO电极已经越来越多地应用于电化学发光检测技术领域。

在半导体工业领域，对ITO电路的表面处理工艺主要包括以下步骤：水溶液清洗液清洗→乙醇清洗→丙酮清洗→纯水清洗，并在清洗过程中使用超声清洗处理，最后用红外烘箱烘干待用。此外，为增加ITO电路表面层的含氧量以及ITO表面的功函数，对洗净后的ITO电路还需进行表面活化处理。常用的活化处理方式为过氧化氢溶液处理法，使用水:双氧水:氨水=5:1:1的混合溶液，在高温下浸泡10-20分钟，使ITO表面过剩的锡含量减少而氧的比例增加，以提高ITO器件表面的功函数来增加空穴注入的几率。

在生物电化学应用领域，目前常用的ITO薄膜电极表面处理方法包括：

（1）粉末研磨法，最常用的研磨粉末为氧化铝粉末，可单独使用或配合超声清洗、溶液浸泡清洗等，粉末研磨法的优点是简单直接，可除去大部分附着在电极表面的沉积物，但这种方法存在对电极表面的物理损伤、影响电极表征参数等缺点；

（2）溶液清洗法，所用的溶液包括水溶液清洗液以及有机溶液清洗液，这种处理方法是目前最常用的ITO电极表面清洗法，它的缺点是需要进行反复清洗处理步骤，且很难找到一种同时满足各种清洗要求的通用清洗液；

（3）超声清洗法，是目前比较热门的清洗方法之一，超声波清洗效果主要受频率、功率、作用时间等因素影响，需要平衡功率、作用时间与清洗效果的关系，如果选择功率太大或处理时间过长都将导致电极表面产生蚀点或裂纹，有研究显示，负载在光纤表面的ITO薄膜在超声波作用时间大于4分钟时，ITO薄膜的电阻率开始增加，在16-20分钟之间时，微裂纹开始扩展，表明类似情况下ITO薄膜超声处理的临界时间为4分钟；

（4）紫外线-臭氧表面处理，主要目的是去除ITO表面残留的有机物、促使ITO表面氧化、增加ITO表面的功函数、提高ITO表面的平整度。

发明内容

本发明提供了一种对ITO电极进行再生清洗的方法，其目的在于使ITO电极可多次重复使用。

本发明采用的技术方案包含以下步骤: （1）用65℃水溶液清洗液浸泡ITO电极表面10～20分钟，然后采用超声处理2～6分钟，弃掉水溶液清洗液并用纯净水清洗ITO电极表面2～3次；（2）室温下用无水乙醇浸泡ITO电极表面10～20分钟，然后采用超声处理2～6分钟，弃掉无水乙醇并用纯净水清洗ITO电极表面2～3次；（3）用“紫外线-臭氧法”或“双氧水氧化法”对ITO电极表面进行活化处理；（4）用红外烘箱于70℃烘干待用。

以上所提到的水溶液清洗液包含：0.1%～2% SDS，0.5%～6% Na₂CO₃，0.01%～0.5% EDTA，ph9.0～12.0。

以上所提到的双氧水/氨水混合溶液包含：4%～6%双氧水，1%～2%氨水。

以上所提到的超声处理涉及到的频率范围在28～120kHz之间，功率范围为5～50w。

以上所提到的“紫外线-臭氧法”按照所使用的紫外臭氧清洗机生产商提供的说明书所述操作步骤进行操作，所用紫外灯管波长为185nm和253.7nm，所供氧气压强为0.03～0.05 MPa，作用时间2～40秒。

以上所提到的“双氧水氧化法”处理步骤包含：用65℃双氧水/氨水混合溶液浸泡ITO电极表面5～10分钟，弃掉双氧水/氨水混合溶液并用纯净水清洗ITO电极表面2～3次。

本发明的原理是：（1）SDS是一种常用离子型表面活性剂，在加热状态下SDS对于无论亲水性还是疏水性有机大分子都具有较强的解构和洗脱效果，因此可较好地洗脱附着在电极表面的有机分子残留物；（2）EDTA是一种重要的络合剂，可以与电化学发光试剂中的钌离子形成稳定的络合物，从而降低钌离子在电极表面的吸附；（3）在高温下用双氧水/氨水混合溶液浸泡可使ITO表面过剩的锡含量减少而氧的比例增加，从而提高ITO薄膜电极表面的功函数，增加电极表面空穴注入的几率。

具体实施方式

具体实施例一

按照以下步骤清洗IPO薄膜电极表面：

（1）把ITO电极置于含1% SDS，2% Na₂CO₃，0.1% EDTA，ph10.0的65℃水溶液清洗液中浸泡20分钟，然后采用超声处理（频率40kHz，功率20w）4～5分钟，弃掉水溶液清洗液，用纯净水清洗ITO电极表面2次；

（2）室温下用无水乙醇浸泡ITO电极表面20分钟，然后采用超声处理（频率40kHz，功率20w）4分钟，弃掉无水乙醇并用纯净水清洗ITO电极表面2次；

（3）用65℃双氧水/氨水混合溶液（5%双氧水，1%氨水）浸泡ITO电极表面5分钟，弃掉双氧水/氨水混合溶液并用纯净水清洗ITO电极表面3次；

（4）用红外烘箱于70℃烘干待用。

具体实施例二

采用“紫外线-臭氧法”进行ITO电极表面活化处理：将待处理ITO电极模块放置在紫外臭氧清洗机载物台上，根据ITO电极模块高度调节载物台的高度，使ITO电极表面尽量正对185nm紫外灯管，且距离紫外灯管15～20厘米；调节供氧压强为0.03～0.05 MPa；设置作用时间为5～20秒；处理完成后静止10分钟，然后打开处理室通风清除残余臭氧。

Claims

1.本发明涉及一种在电化学发光生物检测技术领域中对氧化铟锡电化学发光反应电极的再生清洗方法，该方法包含：水溶液清洗液浸泡清洗、无水乙醇浸泡清洗、“紫外线-臭氧法”或“双氧水氧化法”电极表面活化处理、以及烘干等步骤，其特征在于：

（1）采用水溶液清洗液和无水乙醇交替清洗的方式，且在最后步骤中使用“紫外线-臭氧法”或“双氧水氧化法”进行电极表面活化处理；

（2）所用的水溶液清洗液含：0.1%～2% SDS，0.5%～6% Na₂CO₃，0.01%～0.5% EDTA，水溶液清洗液的ph值为9.0～12.0，温度为65℃；

（3）采用浸泡10～20分钟，然后超声处理2～6分钟的方式进行清洗，其中超声处理采用的频率范围为28～120kHz，功率范围为5～50瓦；

（4）在“双氧水氧化法”处理步骤中，使用65℃双氧水/氨水混合溶液浸泡ITO电极表面5～10分钟，所使用的双氧水/氨水混合溶液含4%～6%双氧水和1%～2%氨水。