Από την εισαγωγή των μικροηλεκτροδίων στην ηλκετροαναλυτική χημεία, πριν από 30 χρόνια περίπου από τους Wightman και Fleischman το 1980, τα μικροηλεκτρόδια έχουν οδηγήσει σε πρωτοφανή ανάπτυξη την ηλεκτροχημεία.
Τα μικροηλεκτρόδια όπως υποδηλώνει και το όνομά τους είναι μικρότερα από τα συνηθισμένα ηλεκτρόδια. Η ερώτηση είναι πόσο μικρές πρέπει να είναι οι διαστάσεις των ηλεκτροδίων για να θεωρηθούνε μικροηλεκτόδια. Γενικά ως μικροηλεκτρόδια ορίζονται τα ηλεκτρόδια, των οποίων η μία τουλάχιστον διάστασή είναι μικρότερη από 25 μm. Τα συνήθη γεωμετρικά τους σχήματα είναι σφαιρικά, ημισφαιρικά, δίσκοι, δακτύλιοι και λωρίδες και η επιλογή τους εξαρτάται από τις απαιτήσεις και το σκοπό της εφαρμογής.
Τα μικροηλεκτρόδια πλεονεκτούν ως προς τα κοινά ηλεκτρόδια για πολλούς λόγους. Το ρεύμα που μετρείται είναι πολύ μικρό με αποτέλεσμα η παρατηρούμενη ωμική πτώση τάσης να είναι επίσης πολύ μικρή. Λόγω του μεγέθους τους αναπτύσσουν επίσης πολύ μικρά χωρητικά ρεύματα. Το τελευταίο χαρακτηριστικό, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι η μεταφορά μάζας πραγματοποιείται κυρίως μέσω ακτινικής διάχυσης, συμβάλει στην αύξηση του λόγου σήματος προς θόρυβο (S/N), δηλαδή στην αύξηση της ευαισθησίας του αισθητήρα. Τα μικροηλεκτρόδια χρησιμοποιούνται ευρέως για την παρακολούθηση και μέτρηση διαφόρων αναλυτών σε εγκεφαλικούς ιστούς και βιολογικά υγρά σε πραγματικό χρόνο. Συνήθως η η βάση πάνω στην οποία κατασκευάζονται τα μικροηλεκτρόδια είναι ένα δισκίο πυριτίου επικαλυμμένο με SiO2. Πάνω στο οξείδιο του πυριτίου, εναποτίθεται λεπτό στρώμα πάχους περίπου 100 , χρωμίου ή τιτανίου που βοηθάει στην προσκόλληση του μετάλλου. Λεπτά φιλμ από διάφορα μέταλλα, όπως ιριδίου, χρυσού ,πλατίνας, αργύρου, μπορούν να εναποτεθούν με διάφορες τεχνικές, όπως η θερμική ή η ηλεκτρονική εξάτμιση. Μετά την εναπόθεση του μετάλλου ακολουθεί επίστρωση με φωτοευαίσθητο πολυμερές υλικό. Ακολουθεί η τοποθέτηση της μάσκας που έχει τη γεωμετρία των επιθυμητών ηλεκτροδίων και στη συνέχεια έκθεση σε αντινοβολία κατάλληλου μήκος κύματος. Η μάσκα περιλαμβάνει περιοχές που επιτρέπουν τη διέλευση του φωτός και περιοχές σκοτεινές που δεν την επιτρέπουν. Το φωτοευαίσθητο υλικό δεν εκτεθεί ολόκληρο σε ακτινοβολία, αλλά επιλεκτικά μόνο κάποια τμήματά του, τα οποία καθορίζονται από τη μάσκα . Το πολυμερές όταν δέχεται το φως μπορεί είτε να καταστρέφεται είτε να σκληραίνει. Οπότε στην πρώτη περίπτωση το πολυμερές καταστρέφεται στις φωτεινές περιοχές της μάσκας ενώ σκληραίνει στις σκοτεινές και το ακριβώς ανάποδο συμβαίνει στη δεύτερη περίπτωση. Στη συνέχεια ακολουθεί απομάκρυνση του πολυμερούς, από τις περιοχές που θα μείνει μόνο το μέταλλο. Σε πολλές περιπτώσεις επιθυμείτε και η απομάκρυνση του μετάλλου από κάποιες περιοχές και αυτό γίνεται με διάφορους τρόπους όπως α) την υγρή απόξεση ή αλλιώς χημική διάβρωση, όπου το υλικό διαλύεται όταν βυθίζεται σε κάποιο χημικό διάλυμα και β)την ξηρή απόξεση όπου το υλικό απομακρύνεται από ιόντα ή άλλα σωματίδια.
Τα μικροηλεκτρόδια πλεονεκτούν ως προς τα κοινά ηλεκτρόδια για πολλούς λόγους. Το ρεύμα που μετρείται είναι πολύ μικρό με αποτέλεσμα η παρατηρούμενη ωμική πτώση τάσης να είναι επίσης πολύ μικρή. Λόγω του μεγέθους τους αναπτύσσουν επίσης πολύ μικρά χωρητικά ρεύματα. Το τελευταίο χαρακτηριστικό, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι η μεταφορά μάζας πραγματοποιείται κυρίως μέσω ακτινικής διάχυσης, συμβάλει στην αύξηση του λόγου σήματος προς θόρυβο (S/N), δηλαδή στην αύξηση της ευαισθησίας του αισθητήρα. Τα μικροηλεκτρόδια χρησιμοποιούνται ευρέως για την παρακολούθηση και μέτρηση διαφόρων αναλυτών σε εγκεφαλικούς ιστούς και βιολογικά υγρά σε πραγματικό χρόνο. Συνήθως η η βάση πάνω στην οποία κατασκευάζονται τα μικροηλεκτρόδια είναι ένα δισκίο πυριτίου επικαλυμμένο με SiO2. Πάνω στο οξείδιο του πυριτίου, εναποτίθεται λεπτό στρώμα πάχους περίπου 100 , χρωμίου ή τιτανίου που βοηθάει στην προσκόλληση του μετάλλου. Λεπτά φιλμ από διάφορα μέταλλα, όπως ιριδίου, χρυσού ,πλατίνας, αργύρου, μπορούν να εναποτεθούν με διάφορες τεχνικές, όπως η θερμική ή η ηλεκτρονική εξάτμιση. Μετά την εναπόθεση του μετάλλου ακολουθεί επίστρωση με φωτοευαίσθητο πολυμερές υλικό. Ακολουθεί η τοποθέτηση της μάσκας που έχει τη γεωμετρία των επιθυμητών ηλεκτροδίων και στη συνέχεια έκθεση σε αντινοβολία κατάλληλου μήκος κύματος. Η μάσκα περιλαμβάνει περιοχές που επιτρέπουν τη διέλευση του φωτός και περιοχές σκοτεινές που δεν την επιτρέπουν. Το φωτοευαίσθητο υλικό δεν εκτεθεί ολόκληρο σε ακτινοβολία, αλλά επιλεκτικά μόνο κάποια τμήματά του, τα οποία καθορίζονται από τη μάσκα . Το πολυμερές όταν δέχεται το φως μπορεί είτε να καταστρέφεται είτε να σκληραίνει. Οπότε στην πρώτη περίπτωση το πολυμερές καταστρέφεται στις φωτεινές περιοχές της μάσκας ενώ σκληραίνει στις σκοτεινές και το ακριβώς ανάποδο συμβαίνει στη δεύτερη περίπτωση. Στη συνέχεια ακολουθεί απομάκρυνση του πολυμερούς, από τις περιοχές που θα μείνει μόνο το μέταλλο. Σε πολλές περιπτώσεις επιθυμείτε και η απομάκρυνση του μετάλλου από κάποιες περιοχές και αυτό γίνεται με διάφορους τρόπους όπως α) την υγρή απόξεση ή αλλιώς χημική διάβρωση, όπου το υλικό διαλύεται όταν βυθίζεται σε κάποιο χημικό διάλυμα και β)την ξηρή απόξεση όπου το υλικό απομακρύνεται από ιόντα ή άλλα σωματίδια.
Βιβλιογραφία:
Microelectrode Arrays for Electrochemistry: Approaches to Fabrication
Xing-Jiu Huang, Aoife M. O’Mahony, and Richard G. Compton, small 2009, 5, No. 7, 776–788