PSEUDO-ELECTRODO DE REFERENCIA DE PELÍCULA DELGADA Y PROCEDIMIENTO PARA SU FABRICACIÓN.

Pseudo-electrodo de referencia de película delgada y procedimiento para su fabricación,

en donde el pseudo-electrodo de referencia (1) se compone de un sustrato (2) constituido por una oblea de silicio oxidada, sobre la que directamente está depositada mediante la técnica de sputtering una única película delgada de plata (3), la cual presenta un espesor comprendido entre 100 nm y 1500 nm

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200902118.

Solicitante: CENTRO DE ESTUDIOS E INVESTIGACIONES TECNICAS DE GUIPUZCOA (CEITG).

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: GUIPÚZCOA.

Inventor/es: ARANA ALONSO,SERGIO, AÑORGA GOMEZ,LARRAITZ.

Fecha de Solicitud: 5 de Noviembre de 2009.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 20 de Diciembre de 2011.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01N27/407D2

Clasificación PCT:

  • C23C14/34 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL.C23C REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO DE MATERIALES METALICOS POR DIFUSION EN LA SUPERFICIE, POR CONVERSION QUIMICA O SUSTITUCION; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL (aplicación de líquidos o de otros materiales fluidos sobre las superficies, en general B05; fabricación de productos revestidos de metal por extrusión B21C 23/22; revestimiento metálico por unión de objetos con capas preexistentes, ver las clases apropiadas, p. ej. B21D 39/00, B23K; mecanizado del metal por acción de una fuerte concentración de corriente eléctrica sobre un objeto por medio de un electrodo B23H; metalización del vidrio C03C; metalización de piedras artificiales, cerámicas o piedras naturales C04B 41/00; pinturas, barnices, lacas C09D; esmaltado o vidriado de metales C23D; medios para impedir la corrosión de materiales metálicos, las incrustaciones, en general C23F; tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D, C25F; crecimiento de monocristales C30B; mediante metalización de textiles D06M 11/83; decoración de textiles por metalización localizada D06Q 1/04; detalles de aparatos de sonda de barrido, en general G01Q; fabricación de dispositivos semiconductores H01L; fabricación de circuitos impresos H05K). › C23C 14/00 Revestimiento por evaporación en vacío, pulverización catódica o implantación de iones del material que constituye el revestimiento (tubos de descarga provistos de medios que permiten la introducción de objetos o de un material para ser expuestos a la descarga H01J 37/00). › Pulverización catódica.
  • G01N27/30 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 27/00 Investigación o análisis de materiales mediante el empleo de medios eléctricos, electroquímicos o magnéticos (G01N 3/00 - G01N 25/00 tienen prioridad; medida o ensayo de variables eléctricas o magnéticas o de las propiedades eléctricas o magnéticas de los materiales G01R). › Electrodos, p. ej. electrodos para el análisis; Semicélulas (G01N 27/414 tiene prioridad).

Fragmento de la descripción:

Pseudo-electrodo de referencia de película delgada y procedimiento para su fabricación. Sector de la técnica La presente invención esta relacionada con la fabricación de electrodos de referencia mediante técnicas de deposición de películas delgadas, proponiendo para ello un pseudo-electrodo de referencia de película delgada de plata (Ag) fabricado mediante la técnica de pulverización catódica (sputtering), para su aplicación preferente en biosensores electroquímicos. Estado de la técnica Los biosensores electroquímicos son dispositivos que se encargan de transformar una información química o bioquímica en una señal medible y útil analíticamente, están constituidos por un electrodo de trabajo WE (Working electrode), donde tiene lugar la reacción del elemento a analizar, un electrodo auxiliar o contraelectrodo CE (Counter electrode), por donde fluye la corriente, y un electrodo de referencia RE (Reference electrode) usado para medir el potencial del electrodo de trabajo. La medición del elemento a analizar viene dada por la diferencia de potencial establecida entre el electrodo de trabajo y el electrodo de referencia, por lo tanto para una correcta medición se hace indispensable el disponer de un electrodo de referencia que cuente con un potencial electroquímico estable y bien definido, los electrodos convencionales de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl) cumplen eficazmente con este criterio. Son conocidos en el estado de la técnica los biosensores para la detección electroquímica de hibridación de ADN, los cuales incorporan electrodos de referencia convencionales del tipo Ag/AgCl, sin embargo estos electrodos de referencia a pesar de disponer de una muy buena estabilidad presentan el inconveniente de ser de escala macroscópica, lo cual no es compatible con la necesidad que se viene imponiendo últimamente de obtener biosensores electroquímicos cada vez más pequeños en los que el electrodo de referencia esté directamente integrado en el biosensor junto al resto de electrodos. A este respecto se conocen electrodos de referencia miniaturizados fabricados mediante técnicas de deposición de película delgada, conocidos como TFRE (Thin Film Reference Electrode), este es el caso de la Patente de Estados Unidos US 4.933.048, o de la publicación científica de Maminska et al, All-solid-state miniaturised planar reference electrodes based on ionic liquids, Sens. Actuators B, 115, 552 (2006), que divulga un electrodo de referencia miniaturizado formado por una película de plata (Ag), otra película de cloruro de plata (AgCl) y un electrolito sólido de cloruro potásico (KCl), estando recubierto todo ello por una membrana polimérica. Estas soluciones resuelven el problema de obtener un electrodo de referencia miniaturizado e integrado en el biosensor electroquímico, pero sin embargo su proceso de fabricación es complicado, requiere mucho tiempo y elevados costes debido al gran número de películas del que esta formado, igualmente no es compatible con los procesos estándar llevados a cabo en las foundries (empresas de fabricación en masa de chips de silicio) ya que la fabricación de estos electrodos de referencia requiere un proceso electroquímico para clorar la plata y obtener una película de cloruro de plata, lo cual no es un proceso estándar y obligarla a modificar los procesos de producción en masa de chips de silicio. Por otro lado la patente china CN101216451 a nombre de la Universidad del Este de Ciencia y Tecnología de China da a conocer un biosensor de ADN que integra igualmente un electrodo de referencia de película gruesa fabricado mediante la técnica de serigrafía, sin embargo con esta técnica de deposición se producen problemas cuando se requieren electrodos de dimensiones muy reducidas, puesto que con esta técnica se obtiene una deposición de película relativamente gruesa que afecta a la resolución del biosensor. Igualmente por la publicación científica de Cai et al, Sequence-Specific Electrochemical Recognition of Multiple Species using Nanoparticle Labels, Analytica Chimica Acta, 523(1) 61-68 (2004), se conoce un biosensor de ADN que integra un electrodo de referencia de película delgada (TFRE) constituido por un sustrato formado por una oblea de óxido de indio dopado con estaño (ITO), sobre la cual se dispone una capa de titanio como elemento de adhesión y sobre esta última una película de 100 nm de plata. Esta solución presenta un coste de fabricación menos elevado que las soluciones anteriores puesto que el electrodo de referencia esta constituido por un menor número de capas, sin embargo no resuelve el problema de fabricación en masa ya que el oxido de indio dopado con estaño (ITO) no es un sustrato estándar y por tanto la fabricación de este electrodo de referencia no sería compatible con la tecnología CMOS de procesos estándar de producción en masa de chips de silicio. Igualmente en el documento de Cai et al, no se aportan datos en relación a la estabilidad del electrodo de referencia, la cual viene dada por la película de plata. A la vista de lo anterior se hace necesario disponer de electrodos de referencia de película delgada con un potencial electroquímico estable que permitan su fabricación en serie y que sean compatibles con los procesos de fabricación industriales estándar. 2 Objeto de la invención ES 2 358 938 A1 De acuerdo con la presente invención se propone un pseudo-electrodo de referencia integrable en un biosensor electroquímico, mas en concreto el objetivo de la invención es la fabricación de un biosensor electroquímico que integra un pseudo-electrodo de referencia miniaturizado fabricado mediante una técnica de deposición de película delgada, concretamente por pulverización catódica (sputtering), de manera que se obtiene un pseudo-electrodo de referencia estable con un proceso de fabricación más sencillo que los conocidos hasta la fecha y que permite su fabricación en serie. El pseudo-electrodo de referencia objeto de la invención se compone de un sustrato constituido por una oblea de silicio oxidada sobre la que directamente está depositada mediante la técnica de sputtering una única película delgada de plata, la cual presenta un espesor comprendido entre 100 nm y 1500 nm, preferentemente el espesor de la película delgada de plata son 1000 nm. Con el objeto de mejorar la adhesión entre el sustrato constituido por la oblea de silicio oxidada y la película delgada de plata está prevista la disposición de una capa de material adherente, preferentemente una capa de cromo, aunque también pudiera ser otro compuesto que aporte la adhesión necesaria. Ahora bien, aunque el silicio es actualmente un sustrato compatible con los procesos de fabricación industriales estándar, el pseudo-electrodo de referencia objeto da la invención no vería alteradas sus características en caso de utilizarse otro material como capa de sustrato, eso sí, siempre y cuando ese material fuese compatible con los procesos de fabricación industriales estándar del momento, de esta manera la capa de sustrato sobre la que directamente se deposita la película delgada de plata pudiera estar constituida por otro tipo de oblea como por ejemplo de alúmina o vidrio. El procedimiento llevado a cabo para la fabricación del pseudo-electrodo de referencia objeto de la invención se basa en la deposición directa de una única película delgada de plata sobre el sustrato constituido por la oblea de silicio oxidada, alúmina o vidrio, utilizando para ello la técnica convencional de deposición por pulverización catódica (sputtering), la cual permite obtener películas delgadas de una manera sencilla y eficaz. Se obtiene así un pseudo-electrodo de referencia miniaturizado de película delgada de plata que permite su integración directa en un biosensor electroquímico, y el cual presenta una buena estabilidad, siendo compatible con la tecnología CMOS y permitiendo igualmente su estandarización y por tanto su fabricación en masa dentro de los procesos de fabricación industriales estándar. Descripción de las figuras La figura 1 es una representación gráfica de un electrodo de referencia convencional miniaturizado del tipo Ag/AgCl según la técnica conocida. La figura 2 es una representación gráfica del pseudo-electrodo de referencia objeto de la invención. La figura 2A es un ejemplo de realización del pseudo-electrodo de referencia en el que se dispone una capa de material adherente entre el sustrato y la película delgada de plata. La figura 3 muestra un esquema de un biosensor electroquímico en el que está integrado el pseudo-electrodo de referencia objeto de la invención. Las figuras 4A a 4J muestran la secuencia de fabricación del biosensor electroquímico de la figura anterior. La figura 5 muestra los voltamogramas cíclicos obtenidos de la comparación del pseudo-electrodo de referencia y un electrodo de referencia...

 


Reivindicaciones:

1. Pseudo-electrodo de referencia de película delgada integrable en un biosensor electroquímico que comprende un electrodo de trabajo, un electrodo auxiliar o contraelectrodo y un electrodo de referencia, caracterizado porque el pseudo-electrodo de referencia (1) se compone de un sustrato (2) constituido por una oblea de silicio oxidada, sobre la que directamente está depositada una única película delgada de plata (3), la cual presenta un espesor comprendido entre 100 nm y 1500 nm. 2. Pseudo-electrodo de referencia de película delgada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque la película delgada de plata (3) presenta un espesor de 1000 nm. 3. Pseudo-electrodo de referencia de película delgada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque entre el sustrato (2) constituido por la oblea de silicio oxidada y la película delgada de plata (3) se dispone una capa (4) de material adherente. 4. Pseudo-electrodo de referencia de película delgada, de acuerdo con la tercera reivindicación, caracterizado porque la capa (4) de material adherente es una capa de cromo. 5. Pseudo-electrodo de referencia de película delgada, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el sustrato (2) es una oblea de alúmina o una oblea de vidrio. 6. Procedimiento para la fabricación del pseudo-electrodo de referencia de película delgada de la primera reivindicación, caracterizado porque sobre un sustrato (2) constituido por una oblea de silicio oxidada, alúmina o vidrio, se deposita directamente una única película delgada de plata (3), mediante la técnica de sputtering. 7 ES 2 358 938 A1 8 ES 2 358 938 A1 9 ES 2 358 938 A1 ES 2 358 938 A1 11 ES 2 358 938 A1 12 ES 2 358 938 A1 13 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA

 

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