CN102749322A

CN102749322A - 一种双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列方法

Info

Publication number: CN102749322A
Application number: CN2012102293192A
Authority: CN
Inventors: 苏彬; 方群; 吴锁柱
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2012-10-24

Abstract

本发明公开了一种双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列装置及其检测方法。通过在氧化铟锡导电玻璃基片上加工双极电极和驱动电极，在聚二甲基硅氧烷盖片上加工样品微液滴微储液池阵列和试剂微液滴微储液池，将基片与盖片封合制得聚二甲基硅氧烷–导电玻璃微流控芯片；将微升级体积的样品微液滴和试剂微液滴分别加入双极电极两端的微储液池后，在驱动电极上施加恒电位，促使双极电极两端发生氧化还原反应；通过观察双极电极阳极端发出的电化学发光信号，实现对微流控液滴阵列的检测。该方法具有操作简单、样品和试剂耗量少、灵敏度高、分析时间短、可同时进行多点检测的优点。

Description

一种双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列方法

技术领域

本发明属于微流控液滴阵列检测方法，特别涉及一种基于双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列的方法。

背景技术

微流控液滴系统的研究是微流控学的一个重要发展方向，已引起了国内外专家学者的广泛关注。这主要是由于微流控液滴系统具备作为微反应器实现高通量分析的潜力。目前，液滴微流控系统已广泛用于化学合成、蛋白质结晶、单分子检测和单细胞分析等领域。

电化学是一种常用的分析检测技术。由于电极体系极易实现微型化且不降低其检测的灵敏度，电化学技术被认为是一种最有潜力实现微流控系统微型化、集成化和便携化要求的检测技术。然而，这种技术在微流控液滴系统检测中未能得到广泛的应用，目前仅有少数的相关报道。一个关键的原因可能是由于油水间隔的液滴连续流过电极，极易造成电极表面的污染，从而使电极检测性能下降。另一个可能的原因是连续流液滴与电极的接触时间过短，物质不能及时扩散到电极表面而未能获得明显的电化学信号。已报道的微流控液滴系统主要以两种方式进行，一种为连续流液滴依次流经下游加工的微电极系统进行检测，另一种为集成的三电极系统一起插入静置的液滴中检测。两种方式在同一时刻均只能实现对单一液滴的检测，虽能获得优良的检测性能，但较难实现对液滴阵列的同时检测。

基于双极电极的微流控系统是近期兴起的一种新型分析模式。所谓双极电极是指不与外电源连接而置于阴极和阳极之间电解液中的一段导体。在这类分析系统中，双极电极通常置于微通道的电解液中，无需通过导线与外界连接，仅通过插入电解液中连接外加电源的另外两根电极（即驱动电极）来进行驱动。在这种检测模式中，电化学反应发生在双极电极的两端，一端发生氧化反应，另一端同时发生还原反应。虽然响应电流不能像传统的三电极法一样直接获得，但可通过检测双极电极一端发出的电化学发光信号或目测金属（如银）的溶解程度来进行分析。目前，这种新型检测模式已广泛用于微流控系统中目标物的传感、分离和富集等方面，尚未见关于微流控液滴阵列检测的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列方法；该方法操作简单、样品和试剂耗量少、灵敏度高、分析时间短、可同时进行多点检测。

双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列装置包括驱动电极、双极电极、氧化铟锡导电玻璃基片、聚二甲基硅氧烷盖片、试剂微液滴微储液池、样品微液滴微储液池阵列、导线、电源；在氧化铟锡导电玻璃基片上两边设有驱动电极，在两驱动电极之间设有双极电极，双极电极长为5 ~ 20 mm、宽为0.1 ~ 5 mm，与驱动电极的间距为0.05 ~ 5 mm，驱动电极宽为0.1 ~ 5 mm，在氧化铟锡导电玻璃基片上设有聚二甲基硅氧烷盖片，聚二甲基硅氧烷盖片上设有试剂微液滴微储液池、样品微液滴微储液池阵列，试剂微液滴微储液池内加有试剂微液滴，样品微液滴微储液池阵列内加有样品微液滴，一驱动电极通过接有电源的导线与另一驱动电极相连。

所述的样品微液滴微储液池阵列形状为圆形、正方形或矩形。

双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列装置的检测方法：向试剂微液滴微储液池和样品微液滴微储液池阵列中分别加入试剂微液滴和样品微液滴，在驱动电极上施加恒电位1.50 ~ 5.25 V，促使双极电极两端发生氧化还原反应，通过观察双极电极阳极端发出的电化学发光信号实现对微流控液滴阵列的检测；所述的试剂微液滴为含有0 ~ 5×10^-3 M铁氰化钾的3 M氯化钾溶液，所述的样品微液滴为0.1 M，pH 7.2的磷酸缓冲溶液，所述磷酸缓冲溶液含有1×10^-5 ~ 1×10^-3 M三联吡啶氯化钌和1×10^-10 ~ 2×10^-2 M二丁基氨基乙醇，所述的试剂微液滴和样品微液滴的体积为5 ~ 150μL。

本发明的有益效果：

1、该方法所用的芯片结构简单、易于制作，可方便、快速实现对微流控液滴阵列的检测。

2、由于采用微流控芯片装置，所需的样品和试剂体积少；具备样品和试剂消耗少的优点，非常适合昂贵样品和试剂的分析。

3、电化学发光无需外加激发光源，因而该方法具有检测背景低、灵敏度高的优点；由于电化学反应快速，分析在数秒至数十秒内即可完成。

附图说明

图1是聚二甲基硅氧烷–导电玻璃微流控芯片结构示意图。其中3是氧化铟锡导电玻璃基片、4是聚二甲基硅氧烷盖片、5是试剂微液滴微储液池、6是样品微液滴微储液池阵列、7是导线、8是电源。

图2是氧化铟锡导电玻璃基片、聚二甲基硅氧烷盖片和聚二甲基硅氧烷–导电玻璃微流控芯片的俯视图。其中1是驱动电极、2是双极电极、3是氧化铟锡导电玻璃基片、4是聚二甲基硅氧烷盖片、5是试剂微液滴微储液池、6是样品微液滴微储液池阵列。

图3是含有1×10^-3 M三联吡啶氯化钌和2×10^-2 M二丁基氨基乙醇的样品微液滴在5.25 V电位下的电化学发光图。其中左图对应含有0 M铁氰化钾的试剂微液滴溶液，中间图对应含有1×10^-5 M铁氰化钾的试剂微液滴溶液，右图对应含有5×10^-3 M铁氰化钾的试剂微液滴溶液。

图4是含有不同浓度三联吡啶氯化钌和2×10^-2 M二丁基氨基乙醇的样品微液滴在4.75 V电位下的电化学发光图。其中左图样品微液滴中三联吡啶氯化钌的浓度为1×10^-5 M，右图样品微液滴中三联吡啶氯化钌的浓度为2×10^-4 M。

图5是含有1×10^-3 M三联吡啶氯化钌和不同浓度二丁基氨基乙醇的样品微液滴在2.50 V电位下的电化学发光图。其中左图样品微液滴中二丁基氨基乙醇的浓度为1×10^-10 M，右图样品微液滴中二丁基氨基乙醇的浓度为1×10^-6 M。

图6是含有1×10^-3 M三联吡啶氯化钌和1×10^-7 M二丁基氨基乙醇的样品微液滴在不同恒电位下的电化学发光图。左图施加的恒电位为1.50 V，右图施加的恒电位为3.00 V。

具体实施方式

参见图1和图2，双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列装置包括驱动电极1、双极电极2、氧化铟锡导电玻璃基片3、聚二甲基硅氧烷盖片4、试剂微液滴微储液池5、样品微液滴微储液池阵列6、导线7、电源8；在氧化铟锡导电玻璃基片3上两边设有驱动电极1，在两驱动电极1之间设有双极电极2，双极电极2长为5 ~ 20 mm、宽为0.1 ~ 5 mm，与驱动电极1的间距为0.05 ~ 5 mm，驱动电极1宽为0.1 ~ 5 mm，在氧化铟锡导电玻璃基片3上设有聚二甲基硅氧烷盖片4，聚二甲基硅氧烷盖片4上设有试剂微液滴微储液池5、样品微液滴微储液池阵列6，试剂微液滴微储液池5内加有试剂微液滴，样品微液滴微储液池阵列6内加有样品微液滴，一驱动电极1通过接有电源8的导线7与另一驱动电极1相连。

所述的样品微液滴微储液池阵列6形状为圆形、正方形或矩形，个数为3个或更多个。

微流控芯片的制备可采用标准的软光刻技术制作设有驱动电极1和双极电极2的氧化铟导电玻璃基片3，采用模塑法加工设有试剂微液滴微储液池5和样品微液滴微储液池阵列6的聚二甲基硅氧烷盖片4，将二者封合制得所用芯片。

双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列装置的检测方法，向试剂微液滴微储液池5和样品微液滴微储液池阵列6中分别加入试剂微液滴和样品微液滴，在驱动电极1上施加恒电位1.50 ~ 5.25 V，促使双极电极2两端发生氧化还原反应，通过观察双极电极2阳极端发出的电化学发光信号实现对微流控液滴阵列的检测；所述的试剂微液滴为含有0 ~ 5×10^-3 M铁氰化钾的3 M氯化钾溶液，所述的样品微液滴为0.1 M，pH 7.2的磷酸缓冲溶液，所述磷酸缓冲溶液含有1×10^-5 ~ 1×10^-3 M三联吡啶氯化钌和1×10^-10 ~ 2×10^-2 M二丁基氨基乙醇，所述的试剂微液滴和样品微液滴的体积为5 ~ 150μL；电化学发光信号可由CCD照相机捕获。

实施例1

双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列装置的检测方法，步骤如下：分别向样品微液滴微储液池阵列和试剂微液滴微储液池中加入5μL含有1×10^-3 M三联吡啶氯化钌和2×10^-2 M二丁基氨基乙醇的样品微液滴和80μL含有0，1×10^-5或5×10^-3 M铁氰化钾的试剂微液滴溶液，施加5.25 V的恒电位，用CCD照相机检测双极电极阳极端的电化学发光信号，获得如图3所示的发光图像结果。

实施例2

双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列装置的检测方法，步骤如下：分别向样品微液滴微储液池阵列和试剂微液滴微储液池中加入20μL含有1×10^-5或2×10^-4 M三联吡啶氯化钌和2×10^-2 M二丁基氨基乙醇的样品微液滴和150 μL含有0 M铁氰化钾的试剂微液滴溶液，施加4.75 V的恒电位，用CCD照相机检测双极电极阳极端的电化学发光信号，获得如图4所示的发光图像结果。

实施例3

双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列装置的检测方法，步骤如下：分别向样品微液滴微储液池阵列和试剂微液滴微储液池中加入20μL含有1×10^-3 M三联吡啶氯化钌和1×10^-10或1×10^-6 M二丁基氨基乙醇的样品微液滴和150 μL含有5×10^-3 M铁氰化钾的试剂微液滴溶液，施加2.50 V的恒电位，用CCD照相机检测双极电极阳极端的电化学发光信号，获得如图5所示的发光图像结果。

实施例4

双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列装置的检测方法，步骤如下：分别向样品微液滴微储液池阵列和试剂微液滴微储液池中加入20μL含有1×10^-3 M三联吡啶氯化钌和1×10^-7 M二丁基氨基乙醇的样品微液滴和150μL含有5×10^-3 M铁氰化钾的试剂微液滴溶液，施加1.50 V或3.00 V的恒电位，用CCD照相机检测双极电极阳极端的电化学发光信号，获得如图6所示的发光图像结果。

Claims

1.一种双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列装置，其特征在于：它包括驱动电极1、双极电极2、氧化铟锡导电玻璃基片3、聚二甲基硅氧烷盖片4、试剂微液滴微储液池5、样品微液滴微储液池阵列6、导线7、电源8；在氧化铟锡导电玻璃基片3上两边设有驱动电极1，在两驱动电极1之间设有双极电极2，双极电极2长为5 ~ 20 mm、宽为0.1 ~ 5 mm，与驱动电极1的间距为0.05 ~ 5 mm，驱动电极1宽为0.1 ~ 5 mm，在氧化铟锡导电玻璃基片3上设有聚二甲基硅氧烷盖片4，聚二甲基硅氧烷盖片4上设有试剂微液滴微储液池5、样品微液滴微储液池阵列6，试剂微液滴微储液池5内加有试剂微液滴，样品微液滴微储液池阵列6内加有样品微液滴，一驱动电极1通过接有电源8的导线7与另一驱动电极1相连。

2.根据权利要求1所述的双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列装置，其特征在于：所述的样品微液滴微储液池阵列6形状为圆形、正方形或矩形。

3.一种如权利要求1所述的双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列装置的检测方法，其特征在于：向试剂微液滴微储液池5和样品微液滴微储液池阵列6中分别加入试剂微液滴和样品微液滴，在驱动电极1上施加恒电位1.50 ~ 5.25 V，促使双极电极2两端发生氧化还原反应，通过观察双极电极2阳极端发出的电化学发光信号实现对微流控液滴阵列的检测；所述的试剂微液滴为含有0 ~ 5×10^-3 M铁氰化钾的3 M氯化钾溶液，所述的样品微液滴为0.1 M，pH 7.2的磷酸缓冲溶液，所述磷酸缓冲溶液含有1×10^-5 ~ 1×10^-3 M三联吡啶氯化钌和1×10^-10 ~ 2×10^-2 M二丁基氨基乙醇，所述的试剂微液滴和样品微液滴的体积为5 ~ 150μL。