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丝网印刷电化学生物传感器及其水环境监测应用研究

随着价格低廉的一次性丝网印刷电极的出现，电化学生物传感器逐渐向小型化和便携化的方向发展。因此，开展基于丝网印刷电极的电化学生物传感器的研究，对于扩大生物传感器的商业化应用具有非常重要的意义。本文以建立完整的电化学生物传感器的研究体系为目标，对丝网印刷电极的制作、传感器的制备及电化学分析方法的建立进行了研究。研究内容及结果主要体现在以下三个方面：(1)丝网印刷电极的制备：设计了三电极系统的丝网印刷电极，通过丝网印刷工艺制备出可应用于本研究工作中生物传感器的基础电极。对电极的制备工艺进行了详细介绍，讨论了制备过程中应注意的问题，并研究了丝网印刷电极的电化学性能。该电极可批量制作，成本低、比传统电极更具有应用价值。它的作用是把过于饱和的、遮盖力过大的颜料加以稀释，减少颜料用量，降低油墨成本。(2)丝网印刷基础电极的初步应用：采用滴涂法直接将DNA修饰到SPE工作电极表面，制备了DNA/SPE的电化学生物传感器，以三联钌(Ru(bpy)32+)作为信号分子，采用循环伏安法对水环境中α-萘胺进行了测定。

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规模化生产条件下，对几种规格网版印刷效果进行测验，从微观方面探究网版对银栅线宽度和线高的影响，找出造成电性能差异的原因，为提高太阳电池片的转化效率提供数据支持。

两次实验结果表明，网版贴膜厚度对印刷后银栅线高度影响很大。网版各种参数一定时，提高膜厚，印刷后细栅线高度提高，串阻变小，相对应的电池片转化效率也提高。在窄线宽工艺条件下，网版贴膜需控制在一定厚度，厚度过低影响印刷细栅线高度，不利于电池片转化效率；塑料丝印开发以后，为电子产品的装饰带来了方便，因此近几年来国内各种电子产品的塑料丝印得到广泛的运用。厚度过高影响网版透墨性，印刷电池片线条高低起伏不利于降低Rs，从而影响电池片的转化效率。

实际生产过程中要综合考虑电池片工艺类型、印刷等问题，要尽可能提高细栅线高度，降低细栅线宽度，以提高电池的转化效率。这样选择匹配的网版细栅线宽度和网版贴膜厚度意义重大。

电化学传感器电极网版印刷技术简介

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网版印刷电极的基层可以使用硬性材料，如陶瓷、玻璃、铝片等，也可以选用柔性材料，如 PET、PVC、PDMS等。网版印刷油墨主要由色料、连接料和助剂组成。对于印刷生物传感器电极来说，惰性电极的工作电极和对电极一般选用碳或惰性金属油墨，而检测电压的参比电极选用银/氯化银油墨。印刷电极作为传感器识别系统与检测信号转换输出设备的中间桥梁，接受催化物质与底物反应电子，再和检测设备连接将电信号放大输出，所以电极图案设计以及印刷方法可以多样化，如图1为一种双电极印刷过程。此工作电极与对比电极设计为并排方式，先于基层A印刷两条导电油墨B，作为与检测设备连接的导线；将惰性油墨C印至导线一端形成电极；在其中一个电极上固定催化物质作为工作电极D，另一个则为对比电极；大多数ABS树脂在－40℃温度下仍有相当的抗冲击强度，表现出韧性，其制品的使用温度范围在－40~60℃，ABS塑料的分子量高，物理性能好，易加工成型，印刷适性较好。后在电极末端印刷一层绝缘油墨E，为防止在检测过程中导线参与催化反应。其中，对于酶电极传感器来说，是将生物酶以及介体材料固定在工作电极，或是按照一定配比加入电极油墨进行直接印刷制得酶电极传感器；无酶电极传感器可以先将催化材料与催化载体材料复合，再将复合催化材料固定在工作电极或加入电极抽墨印刷制得无酶电极传感器。网版印刷传感器充分发挥了两种技术的优势特点，使得传感器制作上生产简单、成本低廉、实现批量化生产，一次性使用；性能上灵敏度高、测量方便、测试时间短、稳定性好。

网版印刷电极的总结

利用两套印刷平台同时进行硅片的上下料、位置检测以及印刷，两台面交替工作保证了设备高产能。同时，印刷平台在上下料工位和印刷工位之间的运动只有一个机械自由度，可以充分利用现有精度高的直线运动单元超高重复性定位精度的技术优势，满足电池片电极的高定位 精度印刷要求。此外，相机系统位于上下料工位上方，可以直接识别电池片蓝色受光面上的工艺图形，进而可以实现根据工艺图形位置进行定位印刷。印刷平台上的硅片在印刷前的上料和印刷后的下料都在同一个上下料工位完成，可以利用一套视觉系统分别完成硅片印刷前上料后的破片外形检测、硅片位置或硅片上现有图形的位置检测，以及硅片印刷后的破片外形检测、硅片上电极印刷图形的检测（包括位置精度、断