CVD(Chemical Vapor Deposition)製程的 Glassy Carbon 電極兼具材料穩定性與製程一致性,特別適合應用於生物感測與電化學檢測。與傳統電極相比,它有以下幾個顯著優勢:
6-1.2 Amine Grafting:表面改質提升 DNA 固定效率
在 DNA 感測中,如何有效且牢固地將 DNA 探針固定到電極表面,是影響檢測靈敏度與穩定性的關鍵。為此,Zensor採用了 amine grafting(氨基嫁接)表面改質技術。
Amine Grafting 的核心優勢:
- - 提供氨基官能基:能與 DNA 或探針分子形成共價鍵結。
- - 提升固定穩定性:避免 DNA 在檢測過程中脫落,增加檢測重現性。
- - 增強電化學訊號:使分子識別過程更清晰,靈敏度更高。
在相關文獻(Chem. Rev. 2008, McCreery 等人)中,amine grafting 已被證實是碳電極表面改質的可靠方式,特別適合應用於 DNA 感測器與生物檢測平台。
6-1.3 Zensor的實驗成果:Amine 與 Diazonium Grafting 驗證
6-1.3.1 Ethylenediamine Grafting
使用乙二胺(Ethylenediamine)與四丁基銨鹽作為電解質,在電極表面成功嫁接氨基官能基。結果顯示,電極表面修飾後更適合 DNA 探針的固定。且片和片之間的一致性非常好
6-1.3.2 EDC/NHS 耦合 Ferrocene Carboxylic Acid
採用 EDC/NHS 化學耦合反應,將 Ferrocene Carboxylic Acid (Fc-COOH) 修飾到電極表面。成功觀察到明顯的氧化還原訊號,作為探針修飾的驗證。
6-1.3.3 Diazonium Grafting 與 Nitro Group Redox 驗證
在電極上進行 4-Nitrobenzenediazonium 的還原嫁接,並透過循環伏安法(CV)檢測 nitro group 的氧化還原特徵。實驗證明此方法具有高重現性與穩定性,顯示表面改質的成功與可靠性。
透過這些實驗,Zensor不僅驗證了 amine grafting 的可行性,也展現了電極表面改質的穩定性與重複性,為後續 DNA 感測應用建立了堅實基礎。
6-1.4 為何不能使用傳統 Screen-Printed Electrode (SPE)?
傳統的 Screen-Printed Electrode(SPE)在快速量產與一次性檢測上非常方便且成本低,但它們在化學與電化學穩定性上有一個重要限制:多數商用 SPE 的導電墨水與黏結劑含有高比例的高分子樹脂(例如丙烯酸、環氧或塑化劑)與導電填料(碳黑、石墨、銀粉等)。這些高分子基底在遇到有機溶劑(如乙腈、乙醇、DMF、DMSO 等)時容易膨脹、溶脹或溶出增塑劑,導致墨層龜裂、剝離或導電連續性喪失;同時黏著層或保護層也可能與有機溶劑反應而脫層。
很多表面改質步驟(例如用 TBATFB/ACN 進行 amine electrografting、或 diazonium 在有機電解質中的還原嫁接)都必須在極性有機溶劑或低含水量的介質中進行,SPE 在此條件下常常無法承受化學侵蝕或電位掃描所引起的材料降解,進而造成不可逆的訊號退化或重現性差。此外,SPE 的印刷表面因為墨層組成與粗糙性,往往難以得到均一且高密度的共價表面官能化,影響 DNA 探針的固定效率與電化學訊號品質。
相對地,Zensor的 CVD-Glassy Carbon 電極是經高溫化學氣相沉積形成的純碳薄膜/塊材,結構致密、化學惰性且耐溶劑,能承受有機溶劑長時間接觸與寬電位窗下的電化學掃描,不會像 SPE 墨層那樣膨脹或剝落。這使得 CVD-glassy carbon 可直接在有機介質中執行 amine grafting、diazonium grafting、以及 EDC/NHS 類的耦合反應,得到穩定且高密度的共價接枝層,進而支撐高靈敏、可重現的 DNA 感測器設計。
6-1.5 DNA 感測應用場景
結合拋棄式 CVD glassy carbon 電極與 amine grafting 技術,Zensor能構建出更高效能的 DNA 感測平台,應用範圍涵蓋:
- - 疾病早期診斷:例如癌症、遺傳性疾病的基因檢測。
- - 臨床檢測:即時檢測患者體液中的基因或病原體。
- - 藥物監測:監控藥物與 DNA 或蛋白質的交互作用。
- - 環境檢測:偵測環境中的病原體或污染物基因片段。
- - 食品安全:快速檢測食品中的致病菌基因。
6-1.6 未來發展
隨著分子診斷與個人化醫療的快速成長,對於高靈敏、低成本的 DNA 感測器需求將持續增加。Zensor的技術平台未來可望與:
結語
透過拋棄式 CVD Glassy Carbon 電極與 amine grafting 技術,Zensor開發出高穩定性、高靈敏度且具成本效益的 DNA 感測平台。此技術能夠推動臨床檢測、疾病早期診斷與分子診斷的發展,並廣泛應用於醫療、環境與食品安全領域。