The microchip-based electrochemical detection system (μEDS) has attracted plenty of research attention due to its merits including the capability in high-density integration, high sensitivity, fast analysis time, and reduced reagent consumption. The miniaturized working electrode is usually regarded as the core component of the μEDS, since its characteristic directly determines the performance of the whole system. Compared with the microelectrodes with conventional shapes such as the band, ring and disk, the three-dimensional (3D) micropillar array electrode (μAE) has demonstrated significant potential in improving the current response and decreasing the limits of detection due to its much larger reaction area. In this study, the numerical simulation method was used to investigate the performance of the μEDS, and both the geometrical and hydrodynamic parameters, including the micropillars shape, height, arrangement form and the flow rate of the reactant solution, were taken into consideration. The tail effect in μAEs was also quantitatively analyzed based on a pre-defined parameter of the current density ratio. In addition, a PDMS-based 3D μAE was fabricated and integrated into the microchannel for the electrochemical detection. The experiments of cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometry (CA) were conducted, and a good agreement was found between the experimental and simulation results. This study would be instructive for the configuration and parameters design of the μEDS, and the presented method can be adopted to analyze and optimize the performance of nanochip-based electrochemical detection system (nEDS).

中文翻译：

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微流中微柱阵列电极的电化学性能。

基于微芯片的电化学检测系统（μEDS）的优点包括高密度集成，高灵敏度，快速的分析时间和减少的试剂消耗，因此吸引了许多研究关注。微型工作电极通常被视为μEDS的核心组件，因为其特性直接决定了整个系统的性能。与具有带，环和圆盘等常规形状的微电极相比，三维（3D）微柱阵列电极（μAE）由于其更大的反应，在改善电流响应和降低检测极限方面已显示出巨大潜力区。在这项研究中，数值模拟方法用于研究μEDS的性能，并考虑了几何和流体动力学参数，包括微柱的形状，高度，排列形式和反应物溶液的流速。还基于电流密度比的预定义参数对μAEs中的尾部效应进行了定量分析。此外，制造了基于PDMS的3DμAE，并将其集成到微通道中进行电化学检测。进行了循环伏安法（CV）和计时电流法（CA）的实验，实验结果与仿真结果吻合良好。该研究对μEDS的配置和参数设计具有指导意义，所提出的方法可用于分析和优化基于纳米芯片的电化学检测系统（nEDS）的性能。包括微柱的形状，高度，排列形式和反应物溶液的流速在内。还基于电流密度比的预定义参数对μAEs中的尾部效应进行了定量分析。此外，制造了基于PDMS的3DμAE，并将其集成到微通道中进行电化学检测。进行了循环伏安法（CV）和计时电流法（CA）的实验，实验结果与仿真结果吻合良好。该研究对μEDS的配置和参数设计具有指导意义，所提出的方法可用于分析和优化基于纳米芯片的电化学检测系统（nEDS）的性能。包括微柱的形状，高度，排列形式和反应物溶液的流速在内。还基于电流密度比的预定义参数对μAEs中的尾部效应进行了定量分析。此外，制造了基于PDMS的3DμAE，并将其集成到微通道中进行电化学检测。进行了循环伏安法（CV）和计时电流法（CA）的实验，实验结果与仿真结果吻合良好。该研究对μEDS的配置和参数设计具有指导意义，所提出的方法可用于分析和优化基于纳米芯片的电化学检测系统（nEDS）的性能。被考虑在内。还基于电流密度比的预定义参数对μAEs中的尾部效应进行了定量分析。此外，制造了基于PDMS的3DμAE，并将其集成到微通道中进行电化学检测。进行了循环伏安法（CV）和计时电流法（CA）的实验，实验结果与仿真结果吻合良好。该研究对μEDS的配置和参数设计具有指导意义，所提出的方法可用于分析和优化基于纳米芯片的电化学检测系统（nEDS）的性能。被考虑在内。还基于电流密度比的预定义参数对μAEs中的尾部效应进行了定量分析。此外，制造了基于PDMS的3DμAE，并将其集成到微通道中进行电化学检测。进行了循环伏安法（CV）和计时电流法（CA）的实验，实验结果与仿真结果吻合良好。该研究对μEDS的配置和参数设计具有指导意义，所提出的方法可用于分析和优化基于纳米芯片的电化学检测系统（nEDS）的性能。制造了基于PDMS的3DμAE，并将其集成到微通道中进行电化学检测。进行了循环伏安法（CV）和计时电流法（CA）的实验，实验结果与仿真结果吻合良好。该研究对μEDS的配置和参数设计具有指导意义，所提出的方法可用于分析和优化基于纳米芯片的电化学检测系统（nEDS）的性能。制造了基于PDMS的3DμAE，并将其集成到微通道中进行电化学检测。进行了循环伏安法（CV）和计时电流法（CA）的实验，实验结果与仿真结果吻合良好。该研究对μEDS的配置和参数设计具有指导意义，所提出的方法可用于分析和优化基于纳米芯片的电化学检测系统（nEDS）的性能。