박막 백금 매크로 및 마이크로 전극의 전기 화학 적 거칠기
Summary
이 프로토콜은 입자 경계에서 우선용화없이 박막 백금 전극의 전기 화학적 황삭을 위한 방법을 보여줍니다. 순환 볼탐측정및 임피던스 분광법의 전기화학적 기술은 이러한 전극 표면을 특성화하는 것으로 입증되었습니다.
Abstract
이 프로토콜은 금속의 입자 경계에서 우선용화없이 박막 백금 전극의 전기 화학적 황삭을 위한 방법을 보여줍니다. 이 방법을 사용하여, 활성 표면적이 최대 40배 증가하는 균열 없는 박막 매크로전극 표면을 얻었다. 황삭은 표준 전기 화학 적 특성화 실험실에서 쉽게 수행 할 수 있으며 전압 펄스의 적용을 유도한 다음 과염소산 용액에 환원 전압을 확장 적용합니다. 이 프로토콜은 대용량(직경 1.2mm) 및 마이크로스케일(직경 20 μm 직경) 백금 디스크 전극 표면의 화학적 및 전기화학적 제제를 포함하며, 전극 표면을 거칠게 하고 표면 황삭의 효과를 특성화하는 것을 포함합니다. 전극 활성 표면적. 이 전기 화학적 특성은 순환 볼탐측정및 임피던스 분광법을 포함하고 거시 전극과 마이크로 전극 둘 다에 대해 입증됩니다. 황삭은 전극 활성 표면적을 증가시키고, 전극 임피던스를 감소시키고, 동일한 기하학의 티타늄 질화물 전극에 대한 백금 전하 주입 한계를 증가시키고, 전기 화학적으로 증착된 필름의 부착을 위한 기판을 향상시킵니다. .
Introduction
거의 5 년 전, 표면 강화 라만 분광법의 첫 번째 관찰 (SERS)전기 화학적으로 거친 은 1에 발생. 금속 포일의 전기 화학 적 황삭은 다른 거칠기 방법2,3 및 aptamer 센서4개선과 같은 많은 응용 분야에서의 유용성으로 인해 오늘날에도 여전히 매력적입니다. 프로브5,금속 기판에 대한 접착력 향상6. 전기 화학 적 황삭 방법은 많은벌크 금속 1, 5,7,8,9,10에존재한다. 그러나 최근까지, 여러 분야에서 마이크로 패브릭 박막 금속 전극의 보급에도 불구하고,얇은 (수백 나노 미터 두께) 금속 필름 6에 전기 화학 적 거칠기의 응용에 대한 보고가 없었다.
두꺼운 백금 (Pt) 전극5,8 박리 박막 Pt 전극6을거칠게하는 방법을 확립하였다. 이바노프스카야 외 는 황삭 처리에 사용되는 황삭 절차 및 전해질의 주파수를 변조함으로써 박리 없이 Pt 박막 황삭을 입증했다. 이 간행물은 마이크로 패브릭 신경 프로브에서 백금 기록 및 자극 전극의 표면적을 높이기 위해 이 새로운 접근법을 사용하는 데 중점을 두었다. 거친 전극은 기록 및 자극 성능을 향상시키고 전기 화학적 증착 필름의 접착력을 향상시키고바이오 센서 감도 6을 개선하는 것으로 입증되었습니다. 그러나 이 접근법은 또한 마이크로 패브릭 전극 어레이의 표면 청소를 개선하고 다른 센서 애플리케이션(예: aptasensors)을 위한 박막 전극의 기능을 향상시킵니다.
박막 매크로 전극(직경 1.2mm) 및 미세 전극(직경 20 μm)을 거칠게 하는 접근법은 다음 프로토콜에 설명되어 있습니다. 여기에는 황삭을 위한 전극 표면의 제조 및 전극의 거칠기를 특성화하는 방법 등이 포함됩니다. 이러한 단계는 다른 전극 형상에 대한 거칠게 하는 절차를 최적화하는 방법과 전극이 비파괴적으로 거칠어지도록 하는 가장 중요한 요소와 함께 제공됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
박막 매크로 전극 및 마이크로 전극의 전기 화학적 황삭은 산화 환멸 맥동으로 가능합니다. 이 간단한 접근 방식은 박막 전극을 비파괴적으로 거칠게 하기 위해 몇 가지 핵심 요소가 필요합니다. 호일과 달리, 박막 의 거칠게 하는 것은 파라미터가 제대로 선택되지 않으면 시료 파괴로 이어질 수 있습니다. 거칠게 하는 절차의 중요한 파라미터는 펄스 진폭, 지속 시간 및 주파수입니다. 또한 절차 ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는이 원고의 준비 하는 동안 지원에 대 한 로렌스 리버 모어 국립 연구소의 생명 공학 센터에 감사 하 고 싶습니다. 로렌 프랭크 교수는 위의 작업에서 논의된 박막 Pt 마이크로어레이의 제작과 설계를 가능하게 한 그룹과의 협력을 인정합니다. 이 작품은 계약 DE-AC52-07NA27344에 따라 로렌스 리버 모어 국립 연구소에 의해 에너지의 미국 학과의 후원하에 수행하고 실험실 감독 연구 및 개발 상 에 의해 투자 16-ERD-035. LLNL IM 릴리스 LLNL-JRNL-762701.
Materials
| Acetone | Fisher Scientific, Sigma Aldrich or similar | n/a | Laboratory grade |
| EC-Lab Software | Bio-Logic Science Instruments | n/a | For instrument control and data analysis |
| Leakless Silver/Silver Chloride Reference | eDAQ Company, Australia | ET069-1 | Free from chloride anion contamination (or other type of chloride free electrode e.g. Mercury sulfate electrode) |
| Mercury Sulfate & Acid Electrode Kit | Koslow, Scientific Testing Instruments | 5100A | glass, 9mm version |
| Milipore DI water | MilliporeSigma | n/a | Certified resistivity of 18.2 MΩ.cm (at 25°C) |
| Perchloric acid, 99.9985% | Sigma Aldrich | 311421 | High Purity |
| Phosphate-buffered saline | Teknova | P4007 | 10mM PBS with 100mM NaCl, pH 7 or similar product from elsewhere |
| Platinum Wire Auxiliary Electrode (7.5 cm) | BASi | MW-1032 | Counter electrode |
| Pt macroelectrodes | Lawrence Livermore National Laboratory | n/a | 1.2 mm diameter, 250 nm thick Pt disc electrodes insulated in polyimide. More information in Reference 9. |
| Pt microelectrode arrays | Lawrence Livermore National Laboratory | n/a | 20 µm diameter 250 nM thick Pt disc electrodes insulated in polyimide. More information in Reference 9. |
| Sulfuric acid, 99.999% | Sigma Aldrich | 339741 | High Purity |
| UV & Ozone Dry Stripper | Samco | UV-1 | for cleaning electrodes |
| VersaSTAT 4 Potentiostat | AMETEK, Inc. | n/a | Good time resolution for pulsing tests |
| VersaStudio Software | AMETEK, Inc. | n/a | For instrument control |
| VMP-200 Potentiostat | Bio-Logic Science Instruments | n/a | Low current resolution option is preferable for measurements with microelectrodes |
Referências
- Fleischmann, M., Hendra, P. J., McQuillan, A. J. Raman spectra of pyridine adsorbed at a silver electrode. Chemical Physics Letters. 26 (2), 163-166 (1974).
- Chung, T., et al. Electrode modifications to lower electrode impedance and improve neural signal recording sensitivity. Journal of Neural Engineering. 12 (5), 056018 (2015).
- Green, R. A., et al. Laser patterning of platinum electrodes for safe neurostimulation. Journal of Neural Engineering. 11 (5), 056017 (2014).
- Arroyo-Currás, N., Scida, K., Ploense, K. L., Kippin, T. E., Plaxco, K. W. High Surface Area Electrodes Generated via Electrochemical Roughening Improve the Signaling of Electrochemical Aptamer-Based Biosensors. Analytical Chemistry. 89 (22), 12185-12191 (2017).
- Weremfo, A., Carter, P., Hibbert, D. B., Zhao, C. Investigating the interfacial properties of electrochemically roughened platinum electrodes for neural stimulation. Langmuir. 31 (8), 2593-2599 (2015).
- Ivanovskaya, A. N., et al. Electrochemical Roughening of Thin-Film Platinum for Neural Probe Arrays and Biosensing Applications. Journal of The Electrochemical Society. 165 (12), G3125-G3132 (2018).
- Cai, W. B., et al. Investigation of surface-enhanced Raman scattering from platinum electrodes using a confocal Raman microscope: dependence of surface roughening pretreatment. Surface Science. 406 (1), 9-22 (1998).
- Tykocinski, M., Duan, Y., Tabor, B., Cowan, R. S. Chronic electrical stimulation of the auditory nerve using high surface area (HiQ) platinum electrodes. Hearing Research. 159 (1-2), 53-68 (2001).
- Liu, Y. C., Wang, C. C., Tsai, C. E. Effects of electrolytes used in roughening gold substrates by oxidation-reduction cycles on surface-enhanced Raman scattering. Electrochemistry Communications. 7 (12), 1345-1350 (2005).
- Liu, Z., Yang, Z. L., Cui, L., Ren, B., Tian, Z. Q. Electrochemically Roughened Palladium Electrodes for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy: Methodology, Mechanism, and Application. The Journal of Physical Chemistry C. 111 (4), 1770-1775 (2007).
- Rodríguez, J. M. D., Melián, J. A. H., Peña, J. M. Determination of the Real Surface Area of Pt Electrodes. Journal of Chemical Education. 77 (9), 1195-1197 (2000).
- Lvovich, V. F. . Impedance Spectroscopy: Applications to Electrochemical and Dielectric Phenomena. , (2012).
- Tooker, A., et al. Towards a large-scale recording system: demonstration of polymer-based penetrating array for chronic neural recording. Conference proceedings – IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2014, 6830-6833 (2014).
- Tooker, A., et al. Microfabricated polymer-based neural interface for electrical stimulation/recording, drug delivery, and chemical sensing development. Conference proceedings – IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2013, 5159-5162 (2013).
