CN102735711B - 测量溶液中的微量待测物浓度的方法及麻醉剂感测晶片 - Google Patents

测量溶液中的微量待测物浓度的方法及麻醉剂感测晶片 Download PDF

Info

Publication number
CN102735711B
CN102735711B CN201110097271.XA CN201110097271A CN102735711B CN 102735711 B CN102735711 B CN 102735711B CN 201110097271 A CN201110097271 A CN 201110097271A CN 102735711 B CN102735711 B CN 102735711B
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
electroconductive polymer
concentration
slope
micro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201110097271.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN102735711A (zh
Inventor
洪健中
钟孟桦
林志中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201110097271.XA priority Critical patent/CN102735711B/zh
Publication of CN102735711A publication Critical patent/CN102735711A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102735711B publication Critical patent/CN102735711B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

提供一种测量溶液中的微量待测物浓度的方法，所述方法包含下列步骤：将两个分别具有分子拓印导电性高分子薄膜的薄膜感测电极与含有待测物的溶液接触使得溶液中的待测物充分地附着在所述分子拓印导电性高分子薄膜上，且使所述薄膜感测电极与含有待测物的溶液共同形成一等效电阻-电容电路；对该等效电阻-电容电路的等效电容进行充电；对已充电的该等效电阻-电容电路的等效电容进行放电并测量该等效电阻-电容电路的电压对时间的变化；及求出该等效电阻-电容电路的电压对时间的斜率，并根据所测得的该电压对时间的斜率求出溶液中的待测物浓度。本发明也提供一种应用前述测量方法的麻醉剂感测晶片。

Description

测量溶液中的微量待测物浓度的方法及麻醉剂感测晶片
技术领域
本发明涉及一种利用充放电方式测量溶液中的微量待测物浓度的方法及一种麻醉剂感测晶片。
背景技术
传统的分子拓印生物感测器包括光学生物感测器及电化学生物感测器等。光学生物感测器在使用时，需要在待测溶液中加入显色剂，以便待测物与显色剂结合一起，如此，使得光检测器可以检测被吸附在光学生物感测器的分子拓印薄膜上的待测物的浓度。电化学生物感测器则不需要使用显色剂而是利用氧化还原电位的变化来检测被吸附在光学生物感测器的分子拓印薄膜上的待测物的浓度。
巴第欧等(Elodie Pardieu,et al.“Molecularly imprintedconducting polymer based electrochemical sensor for detection ofatrazine”Analytica Chimica Acta649(2009)236-245)公开一种利用氧化还原电位的变化来检测微量待测物的分子拓印电化学生物感测电极。该电化学生物感测电极包括一铂电极层及一形成在该铂电极层上的分子拓印导电高分子感测膜。在使用时，将两个电化学生物感测电极及一不锈钢电极(做为相对电极)浸入含有待测物的溶液中，且在每秒25mV的扫描速率下施加一循环电压(-0.5-+0.5伏特)，以进行氧化还原反应，并测量通过电化学生物感测电极的电流。如此，根据所测量的电流与电压关系的结果(cyclic voltammograms)可以求得待测物的浓度。上述分子拓印导电高分子感测膜所使用的模板分子(也就是待测物)为草脱净(atrazine)。上述文献的公开内容是以参考的方式结合于本发明说明书中。
麻醉剂效果的强弱是根据在脑中麻醉剂的浓度而定。而脑中麻醉剂的浓度与血液浓度是互为关系。因此，传统上使用液体或气体层析仪分析血液浓度，以决定麻醉剂的浓度。但此种分析方式耗时且不易取得。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以有效且准确地检测溶液中微量待测物浓度的方法。
本发明的另一目的，在于提供一种可以有效且准确地检测溶液中微量麻醉剂浓度的麻醉剂感测晶片。
于是，本发明提供一种测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其包含：将两个分别具有分子拓印导电性高分子薄膜的薄膜感测电极与含有待测物的溶液接触使得溶液中的待测物充分地附着在所述分子拓印导电性高分子薄膜上，且使所述薄膜感测电极与含有待测物的溶液共同形成一等效电阻-电容电路，每一薄膜感测电极还包括一金属层，且分子拓印导电性高分子薄膜形成在该金属层上；对该等效电阻-电容电路的等效电容进行充电；对已充电的该等效电阻-电容电路的等效电容进行放电并测量该等效电阻-电容电路的电压对时间的变化；及求出该等效电阻-电容电路的电压对时间的斜率，并根据所测得的该电压对时间的斜率求出溶液中的待测物浓度。
根据本发明所述的测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其特征在于，对所述等效电阻-电容电路的等效电容的充电是在一固定充电电压下进行并充电至饱和状态，该充电电压大于0.2伏特但小于0.7伏特。
根据本发明所述的测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其特征在于，该分子拓印导电性高分子薄膜是由一导电性高分子所构成，该导电性高分子的单体选自吡咯、乙炔、对亚苯硫醚、噻吩、苯胺及异硫茚。
根据本发明所述的测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其特征在于，该导电性高分子单体为吡咯。
根据本发明所述的测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其特征在于，该分子拓印导电性高分子薄膜具有多个模板分子拓印的微孔，该模板分子为麻醉剂分子。
根据本发明所述的测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其特征在于，该麻醉剂分子为异丙酚。
根据本发明所述的测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其特征在于，该金属层的材料为贵重金属。
根据本发明所述的测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其特征在于，该金属层的材料为黄金。
根据本发明所述的测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其特征在于，该溶液中的待测物浓度是根据在开始放电时的电压对时间的一初始斜率而求得。
根据本发明所述的测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其特征在于，该方法还包含，在所测得的该电压对时间的斜率的数据，找出一斜率转折点，再根据自开始放电至该斜率转折点所需的时间求出溶液中的待测物浓度。
另外，本发明提供一种麻醉剂感测晶片，其包含：一基材；及两个薄膜感测电极，形成在该基材上。每一薄膜感测电极具有一金属层及一形成在该金属层上的分子拓印导电性高分子薄膜，该分子拓印导电性高分子薄膜具有多个以麻醉剂分子作为模板分子拓印的微孔。
根据本发明所述的麻醉剂感测晶片，其特征在于，该分子拓印导电性高分子薄膜是由一导电性高分子所构成，所述导电性高分子的单体选自吡咯、乙炔、对亚苯硫醚、噻吩、苯胺及异硫茚。
根据本发明所述的麻醉剂感测晶片，其特征在于，所述导电性高分子单体为吡咯。
根据本发明所述的麻醉剂感测晶片，其特征在于，所述麻醉剂分子为异丙酚。
本发明的有益效果在于：可以在低电压下进行测量而不用受限于以往技术所需的氧化还原电位的限制，并可简单有效且准确地检测溶液中微量待测物浓度，特别是本发明感测晶片可适用于检测麻醉剂的微量浓度。
附图说明
图1是一上视图，说明本发明一较佳实施例的一种用以测量溶液中的微量待测物浓度的感测晶片的结构；
图2是一侧视图，说明本发明较佳实施例的结构；
图3是一示意图，说明本发明较佳实施例的一等效电阻-电容电路；
图4是一侧视图，说明本发明较佳实施例的分子拓印导电性高分子薄膜在吸附待测物前的情形；
图5是一侧视图，说明本发明较佳实施例的分子拓印导电性高分子薄膜在吸附待测物后的情形；
图6是一电压与时间的关系图，说明本发明较佳实施例的等效电阻-电容电路的电压在放电过程中随时间变化的情形；
图7是一电压的时间斜率(DV/Dt)与时间的关系图，说明本发明较佳实施例可通过(DV/Dt)与时间的转折点以求出待测物的浓度；
图8是本发明具体例1-5的自初始放电至斜率转折点所需的时间(t)与待测物的浓度间的关系图；
图9是本发明具体例1-5的初始斜率(mt～0)与不同浓度的关系图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：
参阅图1-3，本发明的一种测量溶液10中的微量待测物11(如图4与图5)浓度的方法的第一较佳实施例包含：制备一感测晶片2，该感测晶片2包括一基材21，两个薄膜感测电极22及一封壁23，每一薄膜感测电极22具有一形成在该基材21上的金属层221及一形成在该金属层上的分子拓印导电性高分子薄膜222，该封壁23与该基材21共同形成一内部空间24；将该溶液10注入该内部空间24，使两个分别具有分子拓印导电性高分子薄膜222的薄膜感测电极22与含有待测物11的溶液10接触使得溶液10中的待测物11充分地附着在所述分子拓印导电性高分子薄膜222上(如图4与图5)，且通过一外部供电装置25使所述薄膜感测电极22与含有待测物11的溶液10共同形成一等效电阻-电容电路3(如图3)，该等效电阻-电容电路3包括一等效电容(C)及一等效电阻(R)，该等效电阻(C)为所述分子拓印导电性高分子薄膜222所形成的电容(Cmip)(如图2)与在溶液10中形成的电双层所构成的电容(Cdl)之和，所述分子拓印导电性高分子薄膜222所形成的电容(Cmip)的大小是由待测物11的吸附量所决定，该等效电阻(R)主要由该溶液的电阻(Rs)(如图2)所构成；对该等效电阻-电容电路3的等效电容(C)进行充电；对已充电的该等效电阻-电容电路3的等效电容(C)进行放电并测量该等效电阻-电容电路3的电压对时间的变化(如图6所示)；及求出该等效电阻-电容电路3的电压对时间的斜率(DV/Dt)，并根据所测得的该电压对时间的斜率求出溶液10中的待测物11的浓度。
在第一较佳实施例中，更进一步根据该电压对时间的斜率找出一斜率转折点(如图7所示)，再求出自开始放电(0秒)至该斜率转折点所需的时间(t)，再根据此求得的时间(t)从已建立的不同标准浓度对时间的标准浓度曲线(A)(如图8所示)求出相对应的待测物11的浓度。
本发明的一种测量溶液10中的微量待测物11浓度的方法的第二较佳实施例与第一较佳实施例不同之处在于：第二较佳实施例是将所得到的自开始放电至该斜率转折点所需的时间(t)带入下列公式(1)中计算该等效电阻-电容电路3的等效电容(C)的变化量，再以所求出的等效电容(C)的变化量从已建立的不同标准浓度与等效电容(C)的变化量的关系曲线(未显示)求出相对应的待测物11的浓度，或以内差方式求出溶液10中的待测物11浓度。
V=V0e-t/RC    (1)
其中，V为该等效电阻-电容电路的即时电压(real timevoltage)，V0为该等效电阻-电容电路的初始电压，R为该等效电阻-电容电路3的电阻，及C为该等效电阻-电容电路3的等效电容。
本发明的一种测量溶液10中的微量待测物11浓度的方法的第三较佳实施例与第一较佳实施例不同之处在于：该溶液10中的待测物11浓度是直接根据在开始放电时的电压对时间的一初始斜率(mt～0)(如图6所示，只列举其中的一曲线(0μg/ml)的斜率为例)而求得。根据所测量的初始斜率(mt～0)从已建立的不同标准浓度与斜率的关系曲线(B)(如图9所示)求出相对应的待测物11的浓度。
较佳下，对该等效电阻-电容电路3的等效电容(C)的充电是在一固定充电电压下进行并充电至饱和状态，且该充电电压大于0.2伏特但小于0.7伏特。当充电电压小于0.2时，会造成因测量仪器本身的检测极限而无法测量。当充电电压大于0.7伏特时，在放电时所产生的浪涌电流(inrush current)会过大而对所述薄膜感测电极22造成损害。
较佳下，该分子拓印导电性高分子薄膜222由一导电性高分子所构成，且该导电性高分子的单体选自吡咯(pyrrole)、乙炔(acetylene)、对亚苯硫醚(paraphenylene sulfide)、噻吩(thiophene)、苯胺(aniline)、及异硫茚(isothionaphthene)等。更佳下，该导电性高分子单体为吡咯。
该分子拓印导电性高分子薄膜222具有多个模板分子拓印的微孔223。可适用于本发明方法的该模板分子为麻醉剂分子(anesthetic)，例如异丙酚(propofol)。
较佳下，该金属层221的材料为贵重金属。更佳下，该金属层221的材料为黄金。
以下将以具体例来说明本发明各目的的实施方式与功效。需要注意的是，该具体例仅为例示说明用，而不应被解释为本发明实施的限制。
<具体例1>
制作一晶片，该晶片具有一基材及两个形成在该基材上且相隔500μm的黄金金属层电极，所述金属层电极具有一长宽分别为2000μm与200μm的尺寸。混合吡咯单体与异丙酚(模板分子)，再将甲醇与KCl(氯化钾)掺杂离子加入该混合物中以形成一溶液，吡咯单体浓度为9728μg/ml，模板分子浓度为7131μg/ml，掺杂离子浓度为75μg/ml，再将此溶液进行电聚合。电聚合反应是在晶片加正电压，而另一端以白金电极接地，通予电压，以使吡咯单体在金属层电极上聚合而形成一高分子薄膜。电聚合的聚合电压为2V，电聚合时间为60秒。将电聚合过的晶片浸入甲醇中，取出干燥，以在所述金属层上形成分子拓印导电性高分子薄膜而获得一麻醉剂感测晶片。
制备一含异丙酚的溶液样品(0.7919μg异丙酚/ml)。将该样品注入该麻醉剂感测晶片中。对该麻醉剂感测晶片施加一0.3V充电电压，直到该麻醉剂感测晶片的等效电容饱和。对该麻醉剂感测晶片的等效电容进行放电，并测量该麻醉剂感测晶片的等效电路的电压随时间的变化(测量结果如图6所示)，借此，通过电脑分析计算求出一斜率转折点(如图7所示)，并获得一自初始放电至斜率转折点所需的时间(t)约为0.71秒。
<具体例2-5>
具体例2-5使用与具体例1相同的晶片进行不同异丙酚浓度的测试。其浓度分别为1.9795μg异丙酚/ml，3.959μg异丙酚/ml，7.918μg异丙酚/ml，及0μg异丙酚/ml。具体例2-5的麻醉剂感测晶片的等效电路的电压随时间的变化的测试结果如图6所示。具体例2-5分别获得自初始放电至斜率转折点所需(t)的时间约为0.62秒，0.5秒，0.39秒，及0.7秒。
图8显示具体例1-5的自初始放电至斜率转折点所需的时间(t)与异丙酚浓度呈一线性关系。因此，在检测一未知浓度的待测溶液10时，通过获得该待测溶液10的自初始放电至斜率转折点所需的时间(t)即可求出待测物11的浓度。
图9显示具体例1-5的初始斜率(mt～0)与不同浓度的关系曲线。实验结果显示异丙酚浓度介于0μg/ml至2μg/ml之间与介于2μg/ml至8μg/ml之间具有良好的线性度。
本发明利用薄膜感测电极的分子拓印导电性高分子薄膜在吸附待测物后对于等效电阻-电容电路中的等效电容的变化所呈现的高敏感度及高线性度而可以有效且准确地检测溶液中微量待测物浓度，具有不受以往技术所需的氧化还原电位的限制的优点。本发明的方法及麻醉剂感测晶片特别适用于检测微量的麻醉剂。

Claims (5)

1.一种测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其特征在于该方法包含以下步骤：
将两个分别具有分子拓印导电性高分子薄膜的薄膜感测电极与含有待测物的溶液接触使得溶液中的待测物充分地附着在所述分子拓印导电性高分子薄膜上，所述分子拓印导电性高分子薄膜具有多个异丙酚拓印的微孔，且使所述薄膜感测电极与含有待测物的溶液共同形成等效电阻-电容电路，每一薄膜感测电极还包括金属层，且分子拓印导电性高分子薄膜形成在该金属层上，所述金属层的材料为黄金；
在大于0.2伏特但小于0.7伏特的固定充电电压下，对所述等效电阻-电容电路的等效电容进行充电；
对已充电的所述等效电阻-电容电路的等效电容进行放电并测量所述等效电阻-电容电路的电压对时间的变化；及
求出所述等效电阻-电容电路的电压对时间的斜率，并根据所测得的该电压对时间的斜率求出溶液中的待测物浓度。
2.根据权利要求1所述的测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其特征在于，该分子拓印导电性高分子薄膜是由导电性高分子所构成，该导电性高分子的单体选自吡咯、乙炔、对亚苯硫醚、噻吩、苯胺及异硫茚。
3.根据权利要求2所述的测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其特征在于，该导电性高分子单体为吡咯。
4.根据权利要求1所述的测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其特征在于，该溶液中的待测物浓度是根据在开始放电时的电压对时间的初始斜率而求得。
5.根据权利要求1所述的测量溶液中的微量待测物浓度的方法，其特征在于，该方法还包含，在所测得的该电压对时间的斜率的数据，找出斜率转折点，再根据自开始放电至该斜率转折点所需的时间求出溶液中的待测物浓度。
CN201110097271.XA 2011-04-15 2011-04-15 测量溶液中的微量待测物浓度的方法及麻醉剂感测晶片 Active CN102735711B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110097271.XA CN102735711B (zh) 2011-04-15 2011-04-15 测量溶液中的微量待测物浓度的方法及麻醉剂感测晶片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110097271.XA CN102735711B (zh) 2011-04-15 2011-04-15 测量溶液中的微量待测物浓度的方法及麻醉剂感测晶片

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102735711A CN102735711A (zh) 2012-10-17
CN102735711B true CN102735711B (zh) 2015-02-04

Family

ID=46991592

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110097271.XA Active CN102735711B (zh) 2011-04-15 2011-04-15 测量溶液中的微量待测物浓度的方法及麻醉剂感测晶片

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102735711B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI613438B (zh) * 2017-01-23 2018-02-01 華邦電子股份有限公司 氧化還原反應感測裝置及其製造方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108344790B (zh) 2017-01-23 2020-08-11 华邦电子股份有限公司 氧化还原反应检测装置及其制造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6080754A (ja) * 1983-10-11 1985-05-08 Kuraray Co Ltd 局所麻酔剤センサ−
US6448791B1 (en) * 1999-04-27 2002-09-10 Siemens Elema Ab Method for analyzing anaesthetic agents and an analyzer operating according to the method

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NZ505525A (en) * 2000-06-30 2003-03-28 Horticulture & Food Res Inst Polymers imprinted with phenols for the binding of phenols, and a method and sensor for the detection and/or measurement of a phenol by measuring the binding of phenol to the polymer

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6080754A (ja) * 1983-10-11 1985-05-08 Kuraray Co Ltd 局所麻酔剤センサ−
US6448791B1 (en) * 1999-04-27 2002-09-10 Siemens Elema Ab Method for analyzing anaesthetic agents and an analyzer operating according to the method

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Molecularly imprinted polymer-modified electrode for on-line conductometric monitoring of haloacetic acids in chlorinated water;Roongnapa 等;《ANALYTICA CHIMICA ACTA》;20060403;第569卷;第66-75页 *
Propofol-imprinted membranes with potential applications in biosensors;Miruna Petcu等;《ANALYTICA CHIMICA ACTA》;20040216;第504卷;第73-79页 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI613438B (zh) * 2017-01-23 2018-02-01 華邦電子股份有限公司 氧化還原反應感測裝置及其製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102735711A (zh) 2012-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Peng et al. Development of a new atropine sulfate bulk acoustic wave sensor based on a molecularly imprinted electrosynthesized copolymer of aniline with o-phenylenediamine
Crespo et al. Ion-selective electrodes using carbon nanotubes as ion-to-electron transducers
Guzinski et al. Equilibration time of solid contact ion-selective electrodes
US3868578A (en) Method and apparatus for electroanalysis
Atta et al. Direct and simple electrochemical determination of morphine at PEDOT modified Pt electrode
CN110799835B (zh) 作为化学传感器的基于导电聚合物和Ag、AgX(X＝Cl、I、Br)卤化物纳米颗粒的有机电化学晶体管
RU2008106471A (ru) Стробированная амперометрия
Kraikaew et al. Rapid constant potential capacitive measurements with solid-contact ion-selective electrodes coupled to electronic capacitor
US20120186987A1 (en) Multi-electrode chemiresistor
CN105637357A (zh) 用于分析物检测的装置和关联方法
Broeders et al. Miniaturised eight‐channel impedance spectroscopy unit as sensor platform for biosensor applications
Wang et al. All-solid-state blood calcium sensors based on screen-printed poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) as the solid contact
Gallardo-González et al. Sensitive potentiometric determination of amphetamine with an all-solid-state micro ion-selective electrode
Blaz et al. Multielectrode potentiometry in a one-drop sample
Zine et al. Hydrogen-selective microelectrodes based on silicon needles
Mousavi et al. All-solid-state electrochemical platform for potentiometric measurements
van Grinsven et al. Customized impedance spectroscopy device as possible sensor platform for biosensor applications
CN102735711B (zh) 测量溶液中的微量待测物浓度的方法及麻醉剂感测晶片
CN105004781A (zh) 一种基于纸基电化学装置的测定多巴胺的方法
RU2564516C2 (ru) Способ измерения емкости и его применение
TWI418783B (zh) 測量溶液中之微量待測物濃度的方法及麻醉劑感測晶片
Jaworska et al. Implementation of a Chloride‐selective Electrode Into a Closed Bipolar Electrode System with Fluorimetric Readout
Ortuno et al. Differential pulse voltammetry and additive differential pulse voltammetry with solvent polymeric membrane ion sensors
Zanelli et al. Chemiresistors for ethanol detection in hydrocarbons
Najafi et al. Capacitive chemical sensor for thiopental assay based on electropolymerized molecularly imprinted polymer

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant