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图4 螺旋叉指微电极
【叉指微电极的分类】
电极材料对于阻抗系统的灵敏度和选择性是至关重要的。微叉指电极传感器大都用硅、石英或玻璃作为 基底，用金、铂、铝、银、氧化铟锡、FTO 导电玻璃、钛、 铬、碳等作为电极材料。电极材料的选择与电极的应用、检测介质的成分和检测环境对材料的影响以及制造工艺的可行性相关，需根据实际应用情况进行选择。例如, FTO 电极因其透光性好、电阻低常被用于光电子器件, 金电极能够减少氧化产物，促进氧化还原循环常被用于污染物的检测。
【叉指微电极的制备】
常规制备叉指微电极的工艺步骤肯定少不了清洗步骤，现在食人鱼刻蚀液中将衬底进行浸泡10-15min左右，温度至少在100℃，彻底清除附着于石英玻璃基底上的几乎所有有机质，接着放入装有去离子水的结晶皿中，并进行高温煮沸，最后用干净的高纯 N2 吹去玻璃片上的水分，最后放入干燥箱中充分干燥。叉指微电极结构最为常见的是用铬、金材料制作，此外，氧化铟锡材料具有电阻率低、透光率高、 加工性能好、耐化学腐蚀等特点，也是一种良好的电极材料。首先需要在玻璃基底上溅射生长一层均匀覆盖的薄膜，将上一步工艺过程中清洗好的玻璃片放入电子束蒸发镀膜机（磁控溅射也可以实现上述功能）中，抽真空后，先蒸镀20-30nm的Cr，再蒸镀100nm厚度的Au，这样可以提高金电极和基底之间的黏附性，然后使用简单的单掩模光刻工艺进行结构构图和器件的显影，光刻结束后，光刻胶的电极图案就在铬金金属薄膜表面上形成了。通过标准光刻法制造了具有不同间隙尺寸和几何形状的叉指金微电极如图 5 所示。
图5 具有不同间隙尺寸和几何形状的叉指金微电极
【无标记C反应蛋白的检测】：Swaminathan Rajaraman构建了一种基于指状波状微电极阵列（IDWµE）的电化学电容免疫传感器，可直接和无标记地检测C反应蛋白（CRP），使用二硫代双（丙酸琥珀酰亚胺基酯）（DTSP）的自组装单层（SAM）修饰电极阵列以固定抗体。SAM功能化的电极阵列通过原子力显微镜（AFM）和能量色散X射线光谱（EDX）进行了形态学表征。通过X射线光电子能谱（XPS）探测了SAM处理的电极阵列上金-硫相互作用的性质。抗CRP抗体在SAM修饰电极阵列上的共价连接通过AFM进行形态学表征，并通过循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）进行电化学表征。电极阵列中含不同浓度CRP的磷酸盐缓冲盐水（PBS）和人血清（HS）样品的应用导致CRP结合后电极界面电容发生变化。（如图6所示）
图6 基于指状波状微电极阵列（IDWµE）的电化学电容免疫传感器示意图
【悬浮的叉指微电极结构的开发】：利用悬浮的叉指微结构制造了具有高复杂度和互连性的3D叉指热解碳微电极（3D IDE）。基于双光致抗蚀剂工艺，开发了一种用于3D叉指聚合物前体模板的新颖制造方法，该工艺包括在两个不同波长下的多次UV曝光。随后将前体结构在1100°C的N2热解1 h，环境中获得3D叉指状碳微电极。制作了不同的3D电极设计，并通过循环伏安法和电化学阻抗谱（EIS）评估了电化学性能。（如图7所示）
图7 3D叉指热解碳微电极（3D IDE）
【糖尿病检测的应用】：在过去的几十年里，糖尿病已经成为一个严重的全球性健康问题，对糖尿病的研究，如对其发病机制的理解以及对其长期并发症的预防或改善，变得越来越重要。糖化血红蛋白(HbA1c)的检测是糖尿病长期血糖控制指标中最重要的诊断检测之一。一种基于阻抗测量的无标记亲和生物传感器被用于 HbA1c 检测，具有价格经济、样品体积小、实验中不需要额外试剂的优势。该传感器中环形叉指微电极的设计不仅有利于促进 HbA1c 的均匀分布以及提高它的固定效率，还能被进一步用于表征阻抗变化和识别 HbA1c 的各种浓度。用噻吩-3-硼酸(T3BA)自组装单层膜修饰金电极表面。然后，HbA1c 和 T3BA 在电极 表面上发生酯化反应使得阻抗相对变化。T3BA 自组装单层的环形叉指微电极传感器具有检测范围宽(100 到 10 ng/mL)，产生阻抗的近似对数下降，检测限低(1 ng/mL)的特点，在检测 HbA1c 时，它具备良好的 选择性和短期稳定性。小型化和低成本的显著优势填补了便携式传感器的点护理诊断的空白。
