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。

[pagebreak]

　　（2）丝网目数与承印基材相匹配：要印制的基材依其自身的特性从丝网上能吸收一定量的油墨。如一块多孔粗糙的基材要想达到最佳的遮盖率，要比一块硬质光滑的PVC所需要的过墨量大的多。有的受基材耐温特性的限制，必须采用低温固化型银浆。银浆使用前应充分搅拌十几分钟，使其均匀混合，银浆一般不作稀释调配，如果银浆粘度过大，而影响印刷使用，应适量逐步加入原厂、原品牌的专用溶剂，逐步调节粘度。

　　（3）丝网目数与底片原稿（电极图形的胶片）相匹配：选择网目数时一定要实际查验一下，把底片原稿放在要选择的网纱上面，然后用30倍放大镜观察，以保证最细微的图型区域内有足够的网丝支承。特别是微型电极的制作更应该考虑这一点。电极印刷仍属厚膜印刷，以采用不锈钢丝网为主，不锈钢丝网强度高、伸缩小、尺寸精度高、与其他丝网比可有更细的丝径选择，丝网开口度大，适合更纤细的图形印刷，浆料过网性能最好，耐各种化学药品性强，但是，弹性范围小，伸展太大难于复原。

　　2.网框的选择及绷网网框是丝网印版的重要组成部分，是丝网的支承体。木网框不够坚固，并且迂水，遇化学药剂容易发生膨胀和变形，张力作用下会扭变和翘曲，所以印刷精细图形不宜采用木制网框。这里应选用硬质合金铝方管型材，四角用氩弧焊接或铆接加工而成的网框，它体轻、无锈、精度高、尺寸稳定。在市场上选购时，要注意网框表面须平滑、无毛刺，框边和框角应为圆弧形，焊缝应平滑密实、无开缝处。为了使丝网与网框粘合牢固，新购进的铝框要进行表面粗化处理，可用圆盘研磨机或中等颗粒的砂纸进行打磨，然后用丙酮、醋酸丁酯等溶剂清洗，除去油污。打磨后如果不立即使用，为防止金属表面氧化可涂一层胶粘剂。

　　一般，绷好的网放置1～2天后使用，目的是使张力均匀、稳定。目前市场上有一系列的适合各种条件的绷网设备，如气动绷网机、机械绷网机和自绷网框。丝网绷紧有正绷网和斜绷网2种方式。在正绷网方式下，当形成印刷图形的乳胶边缘正好与网丝重叠时，该部位导电浆料的涂布量就会减少，致使图形的宽度、厚度都会低于图纸设计值。此外，多个图形不能得到完全相同的尺度关系，使相同图形的宽度、厚度出现偏差。而对于斜绷网方式来说，网钞交叉部位也会影响线条边缘的直线性，但对于多个图形来说，可以得到相同的图形宽度和膜厚。因此印制微型电极多采用斜绷网方式。

　　一般，斜绷网网丝与网框之间的角度为45°、22.5°两种，在同一张力下，斜绷网的丝网回弹力小，刮印时离版速度慢。由于网版在印刷过程中必须保持一定的弹性，所以应该避免网版张力过大。

　　整套网版达到同一个张力值是至关重要的。通常使用张力计测定网版张力。绷好的空网版还要进行预处理和清洗(解析横式贮藏装置的淋喷清洗)，可用500号或更细的碳化硅粉进行粗化处理（用湿布蘸粉在网版两面磨擦或用专门的磨网膏），用清水冲洗，然后用苛性钠溶液或脱脂剂通过尼龙刷涂刷网版两面，十几分钟后，清水冲洗并用5％的醋酸溶液中和，再用清水冲洗，晾干后涂布感光胶。

　　3.涂布感光胶感光胶的涂布质量是保证网版制作质量的关键。感光胶涂布方法有机械涂布和手工涂布，机械涂胶适用于大型网版，具有涂布均匀等优点。手工涂布有不锈钢刮斗涂布、平毛刷涂布、塑料刮板涂布3种方法，目前主要采用刮斗手工涂布（如所示）。刮斗也称上浆器，一般用不锈钢制作，主要功能是涂布与封网。刮斗内倒入调配好的感光胶，将刃口紧贴网版，并将网框倾斜70°左右，角度大胶层薄，角度小胶层厚。轻微用力，由下平稳地向上均匀刮动，中间不得停顿或改变速度。刮到顶部时，刮斗下倾，使胶液回流至斗内并拿开刮斗（离网）。刮完一次，干燥一次。为保证涂膜厚簿均匀，可将网框上下掉换一次再涂刮一次，框内面刮2次，承印物面刮3～6次。刮涂速度不可太快，防止出现气泡、针孔，每次刮后用40℃左右的热风干燥，烘版时将刮好胶层的网版平放在恒温烘箱中，不能立放，防止胶流淌。每次干燥10～15min，烘版时间过短或温度过低会使胶层干燥不彻底，显影时容易丢版或耐印率低。

　　如果烘版时间过长或温度过高，胶层自交联就会过度，造成显影困难。

　　4.网印电极底片（原稿）的质量要求根据设计要求绘制底片，制作网版主要采用阳图软片。过去使用绘画工具在涤纶软片上直接设计、绘制出所需图形，绘制完成后作为底片直接用于晒制网版。随着计算机的发展，用计算机对图文信息进行处理替代了上述软片制作方法。

　　底片是网印电极的基础，是制作网版的第一个环节，其基本要求是：（1）印刷底片要有足够的反差。

　　（2）黑白反差应符合照相制版要求。（3）底片的清晰度要高，图形密度要均匀一致，不可有脏点或划痕。

　　5.晒版和显影晒版也称为曝光，将准备好的图文阳片与涂过感光胶的网版选择好正确位置紧密贴合在一起放入晒版机中。晒版机类型很多，采用光源也各不相同，有箱式晒版机和架式晒版机（如所示），可根据需要选用。晒版机密合后，开动真空抽气系统，抽空压实后，打关光源进行曝光。曝光的目的是使非图文部分的感光胶膜在光的作用下发生交联反应，失去亲水基，形成网状交联结构而不被水溶解，显影冲洗后仍然保留在丝网上。图文区域因受图形的遮挡未受到光的照射，此处胶膜不发生反应，经水显影冲洗后，胶层脱离，在丝网上形成通孔的图形。

[pagebreak]

　　晒版质量取决于光源、光距及曝光时间等因素。如果光源与感光胶膜表面的间距很小，会造成版面中心部位曝光过度，使版面中心与版面四周边缘曝光不均匀；反之，间距过大，会产生曝光不足或产生晕影。

　　控制的办法是：光源与感光胶表面的距离与感光胶表面形成图文的形状和尺寸有直接关系，可用经验关系式F≥1.5D来控制，式中：F表示光源与感光胶膜之间的距离、D表示底片上图像的对角线尺寸或直径。如能较好的掌握两者间关系，就可避免曝光过量或曝光不足的缺陷。

　　曝光时间与光距以及光源照射强度与印版质量有密切关系，光强度越高，曝光时间越短；光强度低时，曝光时间就得加长。光源强度一定时，光距越大，曝光时间越长，反之，曝光时间就越短。显影需将曝过光的印版置入水槽中浸泡10min左右，并在水中不断晃动网框，待未感光部分吸收水分膨润后，即可用水冲洗显影，要显影的网版需斜置于水槽中，用喷枪对网版进行反复冲洗。显影应尽量在短时间内完成，图文部分感光膜因吸水膨胀被水冲掉，而曝光部分硬化与丝网牢固的粘合在一起。

　　显影的难易程度与选用感光胶的种类关系较大，不同的种类采用不同办法显影，如温水显影、酒精显影，总的原则是把未曝光的图像完全溶解除掉。显影时间过长，胶膜层因湿而膨胀严重，影响图像的清晰度；若过短，显影不彻底，会留有蒙翳（蒙翳是一层极薄的残留胶膜，高度透明常在图像细节处，使人误从显透而不透）网孔被堵而废版。可在自制灯光检查台上观察或用10倍左右的放大镜检查。水冲时压力不可过大，切勿对准胶层面冲，以免冲坏膜面破坏图形。如用坚膜剂（又称模版硬化剂）处理版面，在水冲洗完毕后即可进行，其作用是为了增加模版上感光胶层与丝网的结合力，提高耐印率，但经硬化后的模版将不能再行脱膜和回收再用。

　　6.印前网的检查及处理新版制作完毕后要进行全面的检查及后处理。具体内容如下：（1）检查丝网印版质量：包括图形是否全部显影、图文网点线条是否有毛刺、残缺、断条及网孔是否被堵塞塞等现象，如果有上述现象应及时补救，若无法补救，应考虑重新制版，以确保印刷质量。

　　（2）检查网膜上是否存在气泡、砂眼，靠近网框的四边有无未封网之处。（3）检查晒版定位标记是否符合印刷时的要求。（4）用胶带将丝网与网框进行粘结以提高丝网与网框的牢固度。（5）在网框适当位置贴上版标标注名称、丝网目数、感光灯型号、制版日期及人员等。

　　7.电极的印刷方法通常，网版印刷追求的是尽可能准确地将图像再现在承印物上。而在生物传感器电极印刷中，不仅仅要追求电极印刷的再现性，还要求其实用性，即网印在基质材料上导电糊料的厚实性、致密性、光洁性、厚度均匀性以及电参数的一致性。电极印刷厚度的均匀性比较难控制，在操作中影响变量多，如刮刀的厚度、硬度、运行速度，丝网目数、厚度、开口率，导电糊料的含固量、触变及流平性等。所以，在刮刀刮墨时相对施加的压力要轻，回墨时相对施加的压力要重一些（即所谓的轻去重回）。选择刮刀时应选较软一点的。

　　网版印刷电极的基本过程如所示（网版印刷电极条的全过程分解图）。网印电极条分两端：一端为滴液区（含有工作电极和参比电极），一端为联机端（与检测设备连接）。网印电极其实质是一个层间结构，每个层间印制不同性质的印料。网版印刷电极主要有银油墨和碳油墨两大类，首先将丝网印版、印版分别制作五张：第一张印制电极条，常包括工作电极和参比电极（每一张模极上有多支电极图形），第二张印制绝缘保护层，第三张印制碳浆，第四张印刷生物电极，印料可在1g石墨粉中加入1.2％的羟乙基纤维素，并加入适当的有机导电材料和精制葡萄糖氧化酶，充分混匀倒入印版上刮印，即可印出工作电极的滴液区部分，第五张印制Ag／AgCl参比电极的滴液区部分。将氧化银粉加到银浆中，制成含氧化银量为30％的银浆液，充分混匀并适当稀释至可印刷的程度即可上机印刷。先将第一张印版（模版）固定在网印机上，最常用的为平面网印机,当前市售设备大都装有电脑控制系统，可设置印刷程序，如全自动或半自动控制印刷过程。

　　印制程序如下：（1）先将要印刷的承印物，如PVC板用水和无水乙醇清洗并常温下干燥。

[pagebreak]

　　（2）将PVC板固定在（或带有真空吸盘的）网印机印刷平台上。（3）在印版刮墨面倒入银墨，调好网距（离版距离），开动机器刮刀刮动银墨，银墨因受刮刀挤压漏印在PVC板上出现电极图形。（4）取下PVC板，进行干燥。将所有第一版银电极印刷完毕后。（5）将印银浆的第一块印版取下，换上第二块印版（版上图形完全一致），印刷导电条保护层（绝缘层印料为PVC油墨或陶瓷油墨）模版图形比银导电条略短，重复上述步骤。印刷第三版，使碳油墨铺在银电极条两端（无保护层）处，即银墨用来印制电极条的基轨，以提高导电性能。碳油墨铺在银轨上，以阻止银与被测溶液接触，并在碳膜上面连接生物分子。在金属银电极上网印导电碳浆保护层起到如下作用：碳浆是非金属导体，不与空气中的氧化合，从而保护了底层金属银电极不氧化。致密的碳涂层能阻碍银离子迁移，从而有效地保护电性能的稳定。碳有较高的抗磨性，以碳层作引线插口有利于连接端子的插拔。（6）将第四五块印版拿来在导电条上分别印制工作电极或参比电极。

　　8.网版印刷传感器的使用方法所示是一种网版印刷生物传感器，是常见的一种葡萄糖生物传感器。在聚酯材料基片上采用网版印刷方法利用石墨粉调制的油墨印刷工作电极，使用银－氯化银油墨印制参比（考）电极。若将酶和媒介体固定在用网版印刷的电极片上（或者选用合适的修饰组分二茂铁配入碳油墨中印制电极片），电极片的一端有两个金属接触点，可连到测量装置上。操作时将血样滴在穿过两电极片上，使血与两电极接触，按下测量装置上的转换开关，计时是自动的，通常在液晶显示器上显示出读数，30s之后，读得电流值，然后可根据电流读数来转换成血液中葡萄糖的量度并显示出来。它的原理是网版印刷工作电极就是该传感器的转换器，把它设置在某一电位即参比电极，在此电位下，还原型的二茂铁衍生物可以再氧化，即所谓的电流型测量模式。在固定时间内测定此氧化电流，同时记录该读数并转换显示在液晶显器上供观测者采用。

　　网版印刷电极己开始向微型化、集成化、智能化方向发展，其中，微电极阵列就是人们用厚膜网印技术使电极小型化。随着多种先进的成膜技术的出现并与光刻技术相结合，金属薄膜微电极有了快速的发展，如在硅片上形成多种金属薄膜，构成作为生物传感器基础电极的微电极。在研发微型安培型传感器的一个主要进步是发现吡咯在进行电化学聚合时，可以将酶和媒介体分子同时包埋于电极表面，这种过程可以发生在极小的电极片上，且聚吡咯可以紧紧的结合在铂、金或碳电极的表面。该过程与硅芯片微加工技术结合可以在一个芯片上构置多种传感器。

　　随着网版印刷技术和生物传感器技术的逐步发展，己形成一个独立的新兴的高科技领域。从基础研究到走向市场是一个缓慢的过程，它的许多潜在价值远未发挥出来。网版印刷技术在生物传感器领域中应用时间还不长，却发展成为一项成熟的生物传感器关键技术并获得了广泛的应用。网版印刷生物传感器有极大的灵活性、低成本、大批量、一次性使用或多次使用均可实现、单参数或多参数都可同步检测的诸多优越性，可以预见，随着丝网印刷技术的不断发展，在生物传感器领域将会发挥极大的作用。