技术科普 | 丝网印刷生物传感器材料选择之印刷油墨

柏医健康 1,300 2024-06-21

在丝网印刷传感器中,所需要使用的材料大体分为三类:基底、印刷油墨、生物敏感元件。其中,印刷油墨主要用于工作电极、对电极、参比电极的印刷;基底主要用于承载各种油墨;敏感元件则是整个部件的核心,即生物活性物质。本篇文章将带大家简要了解印刷油墨有关内容。

印刷油墨主要分类

印刷油墨又称印浆,简称油墨。它们将被印刷到基质表面,形成传感器的结构和功能部分。油墨的种类也很多,不同的油墨具有不同的物理和化学性质(如黏度、导电性、耐热性、抗水性等),可以根据需要进行选择。油墨可以分为两类:导电油墨和绝缘油墨。

1.导电油墨

导电油墨用于构成传感器的导电条和电极,由导电材料、黏合剂、溶剂和添加剂组成。导电材料可以是金、铂、银或碳(石墨),它们分散在黏合剂中。炭糊是石墨粉与有机黏合剂的混合物,用炭糊制成的电极成为炭糊电极,其背景电流比较低,可以施加工作电压的范围广,容易进行表面修饰,可以更新,成本低,因此被广泛用于电化学分析。

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导电油墨的主要制作成分

2.绝缘油墨

绝缘油墨用来制作构成传感器的绝缘层或覆盖保护层,通常为高分子聚合物或陶瓷制品。绝缘油墨与基质材料的相容性要好,如PVC油墨只适用于PVC基质材料,而不能用于苯乙烯塑料(如ABS)。

紫外光(UV)固化油墨

油墨印刷到基质表面上以后需要固化,又称为热处理。固化有三种方式:常温固化、加热固化和紫外光(UV)照射固化。

1.常温固化

常温固化条件温和,适用于所有印刷生物传感器的制作,但比其他方法耗时长。

2.加热固化

热处理能使油墨与基质材料更加紧密地结合,而且固化所需时间短,但只局限用于陶瓷基质材料,不能用于非耐热材料(如PVC和其他塑料基质)。

3.紫外光(UV)照射固化

UV诱导的固化称为光固化,其过程非常迅速,通常只需几秒。紫外光敏油墨含有一种或几种光黏合剂(如聚酰亚胺树脂,环氧树脂或烷基树脂)、填料(如石墨粉)、光敏剂和辅助剂。紫外光照是一种高效率的固化方法,而且不需要昂贵的设备,耗能也少。更为重要的是,快速的印刷速度使生物传感器能够进行流水线生产。此外,UV固化的条件需要根据导电材料的性质进行控制,通常使用专业设备,例如隧道式烘干机、烤箱、低温UV固化机。设备需要较高的控温精度、平稳的输送系统、良好的温度均一性,对于UV固化机还需要稳定的UV功率及冷却系统。

丝网印刷生物传感器常用油墨

目前,市面上的导电油墨和绝缘油墨能够满足大多数丝网印刷生物传感器的制作要求,常见油墨分类及其固化方式如下表所示。

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丝网印刷生物传感器常用油墨

柏医健康生物传感解决方案

柏医健康作为一家集高端医疗器械CDMO功能的智能生物传感器及智能神经调控器的器械开发及制造企业,已成功地将物理气相沉积(PVD)技术、磁控溅射法与激光切割结合法制备技术、生物质修饰薄膜表面化学镀金技术、MEMS技术等关键核心技术应用到生物传感器制备中,在环保、高精度、高一致性等方面实现了重要突破,并已成功为国内外多家CGM企业赋能。

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柏医健康主要产品与技术服务

参考文献:
[1] 孙宝法.传感器原理与应用[M].3.清华大学出版社,2021.
[2] 陈平. 基于丝网印刷技术的生物传感器的研究[D].中南大学,2013.
[3] 刘国伟.基于可穿戴的丝网印刷电化学生物 传感器的制备及应用[D].湘潭大学,2019.

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