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印刷中传感工艺的研发与使用

时间:2012-08-07 来源:印刷机械网

摘  要:
随着电子技术越来越多地应用于日常生活的各个方面,使用大量精密且低价的传感器成为未来发展的趋势。从市场数据可以看出,大量合适且可靠的传感器的需求量不断增加。而生物传感器却由于工作原理深奥复杂、价格昂贵未得到普及。

关键词: 网版印刷  传感工艺 

  随着电子技术越来越多地应用于日常生活的各个方面,使用大量精密且低价的传感器成为未来发展的趋势。从市场数据可以看出,大量合适且可靠的传感器的需求量不断增加。而生物传感器却由于工作原理深奥复杂、价格昂贵未得到普及。

  网版印刷从20世纪60年代后在电子工业中得到广泛应用,成为电子器件制备中一项不可缺少的生产工艺。1981年一项专利文献报道了网版印刷技术应用于厚膜电化学传感器的制作,引起了众多研究者的极大兴趣,从此有关网版印刷生物传感器的报道屡见不鲜。

  于是,人们开始对生物传感器有了一种全新的概念,即不需要重复使用的一次性生物传感器(又称厚膜酶电极)的诞生彻底解决了传统酶电极制作工艺复杂、生产成本高、实用性差、操作不便等问题。

  经过数年的发展,网版印刷技术已经发展成为一项成熟的生物传感器制作的关键技术,并获得了广泛应用,成为生物传感器推向市场的技术保证。与此同时,生物传感器这种高科技产品从神秘的“象牙塔”上走了下来,走进每个医院、每个家庭,不需要专业技术培训就可自己操作的检测仪器。网版印刷工艺使高贵的生物传感器走向了价格低廉、人人会用、随用随扔型的检测仪器,被称为“用户友好”型的生物传感器。

  目前,研究最多、最为盛行的是葡萄糖氧化酶的葡萄糖传感器,采用网版印刷工艺制作,一次就可在一个单片上印刷,形成成百上千个传感器件,这样就大幅度降低了酶传感器的制作成本。有关网版印刷生物传感器在不少著作及刊物中均有涉及,但网版印刷制作酶电极的具体工艺却鲜有报道,即使有也是雾里看花、模糊不清,内容上缺乏深度,可操作性不强,不便于读者学习和采用。在此,笔者就此作较为详细的介绍,供有兴趣的朋友研究参考。

  生物传感器一般有两个主要组成部分:一是生物分子识别元件(感受器),二是信号转换器(换能器)。对于酶电极传感器来说,上述两组成部分都在酶电极上一次完成,所以说酶电极是由固定化酶与离子选择电极、气敏电极、氧化还原电极等电化学电极组合而成的生物传感器。

  网版印刷电极的工艺过程下边将逐项介绍网印电极的工艺流程。

  1.丝网的选择丝网是丝网印版的支撑体,也是丝网印版的版基。目前,市场上已有各种质量、等级和幅宽的丝网供应,用户要根据自己的需求和经验来选择。但国产的品种少,规格不全,对于高密度、高强低伸网、防静电、轧光等处理的丝网还需进口,如印制电子微型元器件、集成电路、航天仪表、平板显示器等高科技产品,还是选用进口的为好。

  近年来,电子部件除选用过去的聚酯、不锈钢丝网外,还出现了以高抗张力的聚酯作纱芯、以聚酰胺作芯套的网钞,这种网纱由聚丙烯酯纤维制成,网目数为330目,线径为23μm,交织成36μm,并且网纱经过等离子处理和金属蒸镀、抛光等多项处理能获得高张力,可满足精密化的要求。此外,国外又研制出非编织的新型丝网,克服了传统编织网涂感光胶造成的麻烦,适应了高级超细图形网印的要求。

  除了上述之外,选择合适的网目数,还应考虑如下各参数的匹配:

  (1)丝网目数与油墨系统的匹配:油墨生产厂家一般提供各种油墨应采用的丝网的信息。如碳导电油墨中的导电填料有碳黑、石墨、碳素纤维等,都具有稳定化学性能,导电性能比银导电油墨差些,但其价格便宜。无论碳或银导电油墨都要考虑墨中导电填料的颗粒大小。以银导电油墨为例:银导电油墨中银粉颗粒的大小与选网目数不匹配,印刷时会造成大颗粒难以通过过细的丝网而堵塞,一般选用180~240目丝网,网孔要大的,因为导电油墨如银浆是由导电性能良好的微银粒与导电树脂溶剂组成的混合物,不同厂家的银浆其金属银粒的大小、金属银固体份含量及形状不尽相同,金属银微粒是决定电极阻值的主要成分。在印刷时应设法让导电的银微粒顺利穿过丝网,如果选用目数过细的,虽然印出的电极线条笔直,外形好看,但内部结构疏松银微粒含量少(多数银粉未通过),这样电极图形不仅电阻较大,对电流及寿命均是不利的,难以满足应用。


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