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A Novel Multi-Working Electrode Potentiostat for Electrochemical Detection of Metabolites

Résumé

A novel single-chip and multiplexed read-out circuit for multi-electrode electrochemical sensors, in standard 0.18 μm UMC CMOS technology, is presented. The circuit is a part of a fully-integrated biochip (in design) for the detection of multiple metabolites. The proposed topology is based on the potentiostat approach, and it is devoted to detect currents within the range of 250 pA - 650 nA for an electrode active area of 0.25 mm2. The need of multi-metabolites monitoring asks for a system with multi-working electrodes. In the proposed configuration, switches select one working electrode at each clock phase, while the others are short-circuited to the reference one, in order to nullify the injected current inside the counter. Low noise and low energy topology (50μW at 1.5V of voltage supply) is employed for the control amplifier. The linearity of the proposed read-out circuit allows accuracy better than 0.1%.

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Rotating ring-disk electrode
In analytical chemistry, a rotating ring-disk electrode (RRDE) is a double working electrode used in hydrodynamic voltammetry, very similar to a rotating disk electrode (RDE). The electrode rotates during experiments inducing a flux of analyte to the electrode. This system used in electrochemical studies when investigating reaction mechanisms related to redox chemistry and other chemical phenomena. The difference between a rotating ring-disk electrode and a rotating disk electrode is the addition of a second working electrode in the form of a ring around the central disk of the first working electrode.
Électrode à disque tournant
L'électrode à disque tournant ou EDT (Rotating Disk Electrode ou RDE en anglais) est une électrode de travail hydrodynamique utilisée dans une cellule à trois électrodes. Elles sont couramment utilisées pour des études de cinétique électrochimique en régime stationnaire. Cela vient du fait qu'il est possible, sous certaines hypothèses, de résoudre les équations de Navier-Stokes dans le cas d'une EDT, c’est-à-dire de connaître la vitesse et la direction du flux d'électrolyte au voisinage de l'EDT.
Électrode de travail
thumb|upright=1.4|Système à trois électrodes : 1) électrode de travail 2) électrode auxiliaire 3) électrode de référence. Une électrode de travail est une électrode dans un système électrochimique sur laquelle se produit la réaction d'intérêt. L'électrode de travail est souvent utilisée avec une électrode auxiliaire et une électrode de référence dans un système à trois électrodes. Selon que la réaction sur l'électrode est une réduction ou une oxydation, l'électrode de travail est appelée cathodique ou anodique.
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