1.簡(jiǎn)介
掃描電化學(xué)顯微鏡（SECM）可以為傳感器或者電極等提供非常有價(jià)值的信息。對(duì)傳感器的活性和傳感器表面的導(dǎo)電性進(jìn)行高分辨率的觀察，可以推動(dòng)具有更好重現(xiàn)性、更高敏感性的傳感器的發(fā)展。用SECM技術(shù)測(cè)量電化學(xué)活性的關(guān)鍵是SECM探針與樣品極為接近并在掃描過(guò)程中一直保持恒定距離，因?yàn)闇y(cè)量的表面電流會(huì)受形貌和電化學(xué)活性的雙重影響，得到的響應(yīng)為兩者總和。
對(duì)于小面積掃描或者可以認(rèn)為是平坦的傳感器，這不是問(wèn)題。但是，對(duì)于那些不平坦的（比如絲網(wǎng)印刷）、無(wú)法調(diào)平的（比如易損的生物表面）或者不夠精確的（比如大面積傳感器）、有一些掩飾或者潛在追蹤的傳感器，就有必要從探針信號(hào)中移除形貌的影響，從而獲得表面真實(shí)電化學(xué)活性。
采用高度追蹤技術(shù)，可以有效排除形貌的影響，從而公正測(cè)量電化學(xué)活性。本文通過(guò)非觸式微區(qū)形貌測(cè)試系統(tǒng)（OSP）測(cè)量形貌。
2.方法
解除表面形貌的影響要求OSP和SECM定位掃描區(qū)域一致，探針高度變化與樣品表面特征一致。這就需要通過(guò)一個(gè)在兩種技術(shù)中都可見的參照物來(lái)定位。
在下面的例子中，采用M370的SECM結(jié)合高度跟蹤技術(shù)研究了兩個(gè)小的絲網(wǎng)印刷傳感器。傳感器區(qū)域由導(dǎo)電碳墨連接。第一個(gè)例子中圖像顯示了傳感器表面導(dǎo)電性，第二個(gè)例子中研究了傳感器活性在偏置條件下的變化。兩個(gè)例子中都先掃描了定位標(biāo)志，這樣圖像信息就可以準(zhǔn)確的應(yīng)用到第二部分實(shí)驗(yàn)中的SECM探針尖端上。

圖1（A）是鑲嵌在聚四氟乙烯中的絲網(wǎng)印刷傳感器。圖1（B）中的校準(zhǔn)標(biāo)志是用尖刀劃的，這樣OSP和SECM都能完全檢測(cè)到該形貌。找到十字中心位置后，其他的掃描就有基準(zhǔn)了。

圖1 （A）鑲嵌在PTFE中的絲網(wǎng)印刷傳感器；（B）十字校準(zhǔn)標(biāo)志（放大200倍）

3.結(jié)果
1.1OSP測(cè)量
M470（或M370）連接OSP傳感器頭，可以檢測(cè)漫散射激光，從而測(cè)定十字特征位置的形貌。在X軸和Y軸分別重復(fù)進(jìn)行OSP線掃描，每次掃描后通過(guò)螺釘調(diào)整樣品水平。經(jīng)過(guò)多次掃描，樣品十字區(qū)域調(diào)至水平，足夠進(jìn)行SECM實(shí)驗(yàn)。調(diào)平前后樣品十字區(qū)域的OSP面掃描結(jié)果如圖3所示。

圖2 樣品調(diào)平前（A）和調(diào)平后（B）的OSP面掃描結(jié)果

十字中心找到后，OSP探針移動(dòng)到中心位置，基準(zhǔn)設(shè)為0。移動(dòng)探針到（x，y）=（0，500） ?m，再次把坐標(biāo)設(shè)為0。再進(jìn)行一次OSP面掃描，結(jié)果如圖3所示。此形貌用來(lái)解除后續(xù)SECM實(shí)驗(yàn)中形貌的影響?？梢钥闯觯瑐鞲衅鞅砻嫔?，掃描區(qū)域的底部到頂部有明顯的傾斜或者約20 ?m深的凹陷。

圖3 絲網(wǎng)印刷傳感器表面的OSP結(jié)果（步長(zhǎng)10μm）

3.1SECM定位
SECM實(shí)驗(yàn)采用10μm探針，這就對(duì)探針的垂直位置的準(zhǔn)確性提出更高的要求。如果探針到樣品的距離即使發(fā)生很小尺度的改變，探針也會(huì)檢測(cè)到正反饋或者負(fù)反饋信息，電流將產(chǎn)生明顯變化。

由圖4可見，當(dāng)探針極為接近電極時(shí)（20-30 ?m），發(fā)生負(fù)反饋，電流迅速下降。當(dāng)探針掃過(guò)十字區(qū)域時(shí)，凸起的十字邊緣使電流更低。圖5為十字區(qū)域的                                                        SECM面掃描結(jié)果。

圖5 圖2中十字區(qū)域的SECM面掃描結(jié)果
與之前OSP頭的操作一樣，SECM探針移到十字中心位置，基準(zhǔn)設(shè)為0。然后把探針移動(dòng)到(x, y) = (0, 500) ?m位置，將坐標(biāo)再設(shè)為0。再進(jìn)行一次逼近曲線，探針極為接近樣品，電流從6 nA降到2.4 nA左右。
1.1解除形貌影響的SECM測(cè)量
用圖3中的形貌數(shù)據(jù)再做一個(gè)新的SECM面掃描，保持同樣的面積尺寸和步長(zhǎng)。測(cè)得的表面電導(dǎo)率如圖6所示。

圖6 用高度追蹤技術(shù)的SECM負(fù)反饋模式面掃描
圖6中傳感器表面電流保持不變，表明：1）傳感器表面電導(dǎo)率相對(duì)均勻；2）整個(gè)掃描過(guò)程中SECM探針與樣品表面一直保持極為接近。這說(shuō)明探針按照預(yù)期來(lái)跟蹤表面信息。
在第二個(gè)生物傳感器上進(jìn)行第二次SECM面掃描，加一個(gè)偏置電位，鐵氰化物在傳感器上發(fā)生還原，產(chǎn)生一個(gè)小的還原電流（-0.1 V vs. Ag/AgCl）。選擇這個(gè)電位區(qū)分傳感器表面的活化位置和惰態(tài)位置。圖7為SECM競(jìng)爭(zhēng)模式的結(jié)果（偏置電位-0.25 V），低電流區(qū)域說(shuō)明樣品處于活化態(tài)。

圖7 用高度追蹤技術(shù)的SECM競(jìng)爭(zhēng)模式面掃描
圖7中，低電流區(qū)域（藍(lán)色）為絲網(wǎng)印刷電極的活化區(qū)域。競(jìng)爭(zhēng)模式比負(fù)反饋模式獲得的信息對(duì)比更明顯。
1.結(jié)論
在兩個(gè)絲網(wǎng)印刷電極樣品上演示了不受形貌影響的SECM測(cè)試新方法。M470（或M370）的這個(gè)特征允許用戶測(cè)試那些用標(biāo)準(zhǔn)恒高SECM技術(shù)無(wú)法測(cè)量的樣品。
OSP與SECM技術(shù)結(jié)合，測(cè)量了形貌變化約20 ?m的絲網(wǎng)印刷碳墨傳感器樣品的0.16mm2的區(qū)域，并保持探針和樣品極為接近。測(cè)試了加電位和不加電位的樣品，表明傳感器上的活性位置。測(cè)量區(qū)域的電流在450 pA到1.8 nA之間變化。