CN102782485A - 用置换式溶出伏安法定量测定化学物质的方法及所使用的传感芯片 - Google Patents

用置换式溶出伏安法定量测定化学物质的方法及所使用的传感芯片 Download PDF

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CN102782485A CN201180004907XA CN201180004907A CN102782485A CN 102782485 A CN102782485 A CN 102782485A CN 201180004907X A CN201180004907X A CN 201180004907XA CN 201180004907 A CN201180004907 A CN 201180004907A CN 102782485 A CN102782485 A CN 102782485A
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Abstract

本发明提供一种利用置换式溶出伏安法高精度地定量测定化学物质的方法以及所使用的传感芯片。本发明的定量测定样品溶液中所含化学物质的方法包括：制备溶出胶被保护胶所覆盖的传感芯片的步骤(a)；提供样品溶液，从而将传感芯片表面用样品溶液进行覆盖的步骤(b)；用稳压器将电压施加于第一工作电极，并将第二工作电极电连接到溶出电极，从而在第一工作电极、第二工作电极和溶出电极各自的表面上生成规定的化学反应的步骤(c)；在没有电压施加在第一工作电极及第二工作电极的状态下，将电压施加在溶出电极，从而测量通过的电流的步骤(d)；以及依据电流算出氧化还原性物质的浓度，并基于所算出的浓度来定量测定化学物质的步骤(e)。

Description

用置换式溶出伏安法定量测定化学物质的方法及所使用的传感芯片
技术领域
本发明涉及一种用置换式溶出伏安法定量测定化学物质的方法及所使用的传感芯片。
背景技术
专利文献1公开了置换式溶出伏安检测系统。用该置换式溶出伏安检测系统可以对溶液中所含化学物质进行高灵敏度的电化学定量测定。
图1示出专利文件1中公开的置换式溶出伏安检测系统。
该系统包括一对梳状工作电极1、溶出电极2、参比电极3、辅助电极4、溶液5、溶出液6、盐桥7、离子导体8、稳压器9、记录器10及开关盒11。
溶液5含有待定量测定的化学物质及氧化还原性物质。溶出液6含有标准电解质和支持电解质。
图2示出用于专利文献1中公开的置换式溶出伏安检测系统的传感芯片101a。
该传感芯片101a在其表面包含多个电极2至4。此外，容器64覆盖在传感芯片101a的表面。容器64包括第一扩散槽64a和第二扩散槽64b。溶液5和溶出液6分别提供给第一扩散槽64a和第二扩散槽64b。
然而，专利文献1的方法存在溶出液6的蒸发可改变标准电解质的浓度、从而导致化学物质的定量测定精度降低的技术问题。
【专利文献1】：日本专利第3289059B号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种利用置换式溶出伏安法高精度地定量测定化学物质的方法及所使用的传感芯片。
本发明提供一种定量测定样品溶液中所含化学物质的方法，包括以下步骤(a)至(e)，即，
制备传感芯片300的步骤(a)，其中，
所述传感芯片300包括基板30、一对工作电极31a/31b、辅助电极33、溶出电极34、溶出胶35、及保护胶36，
所述一对工作电极31a/31b由第一工作电极31a和第二工作电极31b组成，
所述溶出电极34的表面包含银，
所述溶出胶35覆盖所述溶出电极34，
所述溶出胶35不覆盖所述一对工作电极31a/31b及辅助电极33，
所述溶出胶35含有标准电解质及疏水性或亲水性离子液体，
所述溶出胶35不含水，
所述疏水性或亲水性离子液体为不挥发性的离子液体，
所述疏水性或亲水性离子液体由阳离子和阴离子组成，
所述标准电解质由所述阳离子和卤素离子组成，
所述保护胶36覆盖所述溶出胶35，
所述保护胶36含有疏水性离子液体，但不含有所述标准电解质和水；
将所述样品溶液提供至所述传感芯片的表面，从而使所述样品溶液覆盖所述表面的步骤(b)，其中，
所述样品溶液含有所述化学物质和氧化还原性物质、或含有用氧化还原性物质修饰的化学物质；
用稳压器将电压施加于所述第一工作电极31a，并将所述第二工作电极31b连接到所述溶出电极34，从而使所述第一工作电极31a、所述第二工作电极31b和所述溶出电极34各自的表面上分别发生由以下反应式(Ⅰ)至(Ⅲ)表示的反应的步骤(c)，其中，
对于所述第一工作电极31a：
氧化还原性物质(还原物)→氧化还原性物质(氧化物)＋e-··（I）
对于所述第二工作电极31b：
氧化还原性物质(氧化物)＋e-→氧化还原性物质(还原物)··（II）
对于所述溶出电极34：
银＋卤素离子-→卤化银↓＋e-····（III）
这里，所述卤化银沉积在所述溶出电极34的表面上；
在没有电压施加在所述第一工作电极31a及所述第二工作电极31b的状态下，将电压施加于所述溶出电极34，从而测量通过溶出电极34的电流的步骤(d)；以及
依据所述电流算出所述氧化还原性物质(还原物)的浓度，从而基于所算出的浓度来定量测定所述化学物质的步骤(e)。
本发明提供一种利用置换溶出伏安法高精度地定量测定化学物质的方法及所使用的传感芯片。
附图说明
图1示出专利文献1中公开的置换式溶出伏安检测系统。
图2示出用于专利文献1中公开的置换式溶出伏安检测系统的传感芯片。
图3示出本发明实施方式的传感芯片300。
图4示出参考实施例及比较例中的第一工作电极50和第二工作电极60。
图5示出参考实施例及比较例中的电化学测量元件70。
图6示出采用第一工作电极50和第二工作电极60的循环溶出伏安曲线。
图7示出在生理盐水中进行测量时的循环溶出伏安曲线。
图8示出相对于循环数的氧化电流峰值的点分布。
附图标记说明
1 梳状工作电极
2 溶出电极
2a 溶出电极
3 参比电极
4 辅助电极
5 溶液
6 溶出液
7 盐桥
8 离子导体
9 稳压器
10 记录器
101a 传感芯片
11 开关盒
30 基板
30a 电极区域
30b 连接区域
300 传感芯片
31a、31b 梳状工作电极
32 参比电极
33 辅助电极
34 溶出电极
35 溶出胶
36 保护胶
37 盖
38 注入口
39 空气孔
41 开关盒
42 稳压器
47a 梳状工作电极
50 工作电极
501 循环溶出伏安曲线
502 点分布
51 银
52 溶出胶
53 保护胶
60 工作电极
601 循环溶出伏安曲线
602 点分布
61 银
62 溶出胶
64 容器
70 电化学元件
71 工作电极
72 参比电极
73 辅助电极
74 电解液
75 稳压器
81 循环溶出伏安曲线
82 循环溶出伏安曲线
83 循环溶出伏安曲线
84 循环溶出伏安曲线
具体实施方式
以下，参照图3，对本发明的实施方式进行说明。
＜步骤(a)＞
首先，制备传感芯片300。
图3示出实施方式1的传感芯片300。传感芯片300包括基板30、一对梳状工作电极31a/31b、参比电极32、辅助电极33、溶出电极34、溶出胶35、保护胶36及盖37。盖37包括用于注入样品溶液的注入口38及空气孔39。
一对梳状工作电极31a/31b由第一工作电极31a和第二工作电极31b组成。
可以根据需要配置参比电极32。出于定量测定的高精度需求，优选传感芯片300包括参比电极32。
基板30包括电极区域30a和连接区域30b。进行化学物质的定量测定时，盖37覆盖电极区域30a，但盖37不覆盖连接区域30b。
一对梳状工作电极31a/31b、参比电极32、辅助电极33以及溶出电极34形成在电极区域30a内。这些电极各包括一个导线。所有导线彼此均不产生接触，并在电极区域30a内被绝缘膜所覆盖，从而防止它们接触到样品溶液。所有导线的一端均延伸至连接区域30b，连接区域30b插入到图3所示的稳压器42的接头上。
基板30的形状例如可为长方形、正方形及椭圆形。基板30的表面包括绝缘层(未图示)。优选基板30的表面为平面，以便于电极的形成。
只要不与溶出胶35、保护胶36及其他电极接触，一对梳状工作电极31a/31b可以配置在电极区域30a内的任何区域，但优选配置在电极区域30a的中心附近。作为一对梳状工作电极31a/31b的材料的例子，考虑到对于电化学反应的稳定性，可以是金、铂或玻碳。一对梳状工作电极31a/31b彼此相对并啮合。
参比电极32同样也可以配置在电极区域30a内的任何区域，但优选将其配置在一对梳状工作电极31a/31b的附近。进行电化学测定时，参比电极32保持恒定的电压。作为参比电极32，例如可采用银/氯化银电极。
辅助电极33也可以配置在电极区域30a内的任何区域。对于辅助电极33的形状也无限定。优选辅助电极33的面积为一对梳状工作电极31a/31b的面积及溶出电极34的面积的约20至30倍。作为辅助电极33的材料，例如可采用与一对梳状工作电极31a/31b相同的对于电化学反应具有稳定性的金、铂或玻碳。
溶出电极34在其表面包括银。
溶出胶35覆盖溶出电极34。优选将溶出胶35配置在一对梳状工作电极31a/31b的附近，以降低两者之间的阻抗。优选溶出胶35为薄膜。
溶出胶35及保护胶36不覆盖溶出电极34以外的其他电极31至33。如果溶出胶35或保护胶36覆盖其他电极31至33中的一个，则溶出胶35或保护胶36将与该一个电极产生电连接，从而致使化学物质的定量测定无法实现。
注入口38和空气孔39可以配置在盖37的顶部或侧面的任一区域。对注入口38和空气孔39的形状没有限定。盖37覆盖电极区域30a，以防止样品溶液流出到连接区域30b和传感芯片之外。可以根据需要配备盖37。无论盖37的有无，样品溶液都可以涂布到传感芯片300的表面。
其次，对溶出胶35进行详细说明。
溶出胶35由胶化含有标准电解质的疏水性或亲水性离子液体而得。即，溶出胶35含有标准电解质及疏水性或亲水性离子液体。疏水性或亲水性离子液体作为支持电解质发挥作用。对胶化疏水性或亲水性离子液体的方法并不做特别限定。举例来说，可以采用高分子化合物来进行胶化。作为高分子化合物，例如是偏氟乙烯－六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、或聚丙烯酸丁酯。
其次，对保护胶36进行详细说明。
保护胶36覆盖溶出胶35。即，溶出胶35夹在保护胶36和溶出电极34之间。如图3所示，优选用保护胶36覆盖溶出胶35的全体，从而使溶出胶35被保护胶36完全隐藏。
与溶出胶35相同，保护胶36由胶化疏水性离子液体而得。保护胶36不含标准电解质。与溶出胶35相同，疏水性离子液体作为支持电解质发挥作用。保护胶36不含亲水性离子液体。
疏水性离子液体由以下阳离子及以下阴离子组成。
阳离子：
(1)1-R1-2-R2-3-R3-咪唑鎓离子(R1为氢、或碳原子数为1以上6以下的低级烷基，R2为氢或甲基，R3为烷基，R3也可以含有杂原子)，
(2)N-R4-异喹啉鎓离子(R4为烷基，也可以含有杂原子)，
(3)N-R5-吡啶鎓离子(R5为烷基，也可以含有杂原子)，
(4)N,N-R6,R7-吡咯烷鎓离子(R6为氢、或碳原子数为1以上6以下的低级烷基，R7为烷基，R7也可以含有杂原子)，
(5)N,N-R8,R9-哌啶鎓离子(R8为氢、或碳原子数为1以上6以下的低级烷基，R9为烷基，R9也可以含有杂原子)，或
(6)R10，R11，R12，R13-铵离子(R10、R11、R12、R13各自独立地为烷基、苯基、苄基，也可以含有杂原子)。
阴离子：
(1)双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺离子，
(2)三氟甲基磺酸根离子，或
(3)双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺离子。
更具体而言，疏水性离子液体如下所示。
1,3-二甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、
1-乙基-3-甲基咪唑双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺、
1,3-二乙基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1,3-二乙基咪唑三氟甲基磺酸盐、
1-丁基-3-乙基咪唑三氟甲基磺酸盐、
1,2-二甲基-3-乙基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、
1-异丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1,2-二甲基-3-丙基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
N,N-丙基甲基吡咯烷双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
丙基三甲基铵双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
N,N-甲基丙基哌啶双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、及
N-丁基吡啶双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺。
亲水性离子液体由以下阳离子及以下阴离子组成。
阳离子：
(1)1-R1-2-R2-3-R3-咪唑鎓离子(R1为氢、或碳原子数为1以上6以下的低级烷基，R2为氢或甲基，R3为烷基，R3也可以含有杂原子)，
(2)N-R4-异喹啉鎓离子(R4为烷基，也可以含有杂原子)，
(3)N-R5-吡啶鎓离子(R5为烷基，也可以含有杂原子)，
(4)N,N-R6,R7-吡咯烷鎓离子(R6为氢、或碳原子数为1以上6以下的低级烷基，R7为烷基，R7也可以含有杂原子)，
(5)N,N-R8,R9-哌啶鎓离子(R8为氢、或碳原子数为1以上6以下的低级烷基，R9为烷基，R9也可以含有杂原子)，或
(6)R10，R11，R12，R13-铵离子(R10、R11、R12、R13各自独立地为烷基、苯基、苄基，也可以含有杂原子)。
阴离子：
(4)四氟硼酸根离子，
(5)卤素离子。
更具体而言，亲水性离子液体如下所示。
1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、
1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、
1-甲基-3-丙基咪唑四氟硼酸盐、
1-丁基-3-甲基咪唑碘盐、
1-己基-3-甲基咪唑溴盐、
1-己基-3-甲基咪唑氯盐、
1-辛基-3-甲基咪唑氯盐、
N-己基吡啶氯盐。
标准电解质由上述阳离子及卤素离子组成。作为卤素离子，例如是氯离子、溴离子、或碘离子。
出于溶解度的考虑，优选标准电解质包含与组成溶出胶的疏水性或亲水性离子液体的阳离子相同或类似的阳离子。例如，离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺时，标准电解质优选为1-丁基-3-甲基咪唑卤化物。
传感芯片的制备方法
以下，对本实施方式中的传感芯片的制备过程进行说明。
（电极的形成）
涂有光刻胶的绝缘基板隔着图案刻制用的掩膜(Mask)用紫外线进行照射，随后用碱进行显像。在形成了图案的基板上溅射金属。在有机溶剂中溶解残留的光刻胶，从而去除不需要的金属。基板的整个表面被绝缘膜所覆盖。将电极上的绝缘膜用干刻蚀法除去，从而形成一对梳状工作电极31a/31b、参比电极32、辅助电极33及溶出电极34。在参比电极32上涂覆银/氯化银的糊状物，从而形成银/氯化银电极。
（溶出胶35的形成）
溶出胶35可用以下方式形成。
首先，在密封容器中将偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物在超声波振荡、冰冷却条件下溶解在丙酮中，从而制备丙酮溶液。将含有1-丁基-3-甲基咪唑碘盐的1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺添加到丙酮溶液中。随后，边搅拌边将丙酮溶液滴落到溶出电极34上。最后，蒸发丙酮溶液以形成溶出胶35。
（保护胶36的形成）
保护胶36可用以下方式形成。
与溶出胶35的情况相同，在密闭容器中将偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物在超声波振荡、冰冷却条件下溶解在丙酮中，从而制备丙酮溶液。将1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺添加到丙酮溶液中。随后，边搅拌边将丙酮溶液滴落到溶出胶35上。最后，蒸发丙酮溶液以形成保护胶36。
＜步骤(b)＞
将样品溶液供给至上述提到的传感芯片300的表面，从而用所述样品溶液覆盖所述表面。样品溶液含有本发明的待定量测定的化学物质。作为该化学物质，可例举抗原、抗体、核酸、细胞、细菌、病毒、半抗原和糖类。
优选传感芯片300配备盖37。经由注入口38供给的样品溶液覆盖传感芯片300的表面。盖37和传感芯片300之间的空间内的空气通过空气孔39被排出。
更优选用样品溶液充满盖37和传感芯片300之间的空间。这样可以使液体溶液的体积保持恒定。
样品溶液含有待定量测定的化学物质和氧化还原性物质。本发明中，样品溶液含有处于还原状态的氧化还原性物质。待定量测定的化学物质和氧化还原性物质可以为不同的物质。例如，待定量测定的化学物质为酶，而氧化还原性物质为如亚铁氰化钾的电介质。或者，待定量测定的化学物质可以被氧化还原性物质修饰，例如，可以是被二茂铁甲酸(以下，简写为“FcCOOH”)修饰的蛋白质。
置换式溶出伏安法包括步骤(c)和步骤(d)。
＜步骤(c)＞
步骤(c)中，将开关41a和开关41b连接到各自的接线端A，并且施加恒定电压至第一工作电极31a。此外，第二工作电极31b电连接到溶出电极34，从而在一对梳状工作电极31a、31b之间形成氧化还原循环。
氧化还原性物质为二茂铁甲酸时，在梳状工作电极31a、31b和溶出电极34上产生由以下反应式(I)至(III)表示的反应。
梳状工作电极31a：
Fc2+COOH(还原物)→Fc3+COOH(氧化物)＋e- ···（I）
梳状工作电极31b：
Fc3+COOH(氧化物)＋e-→Fc2+COOH(还原物)···（II）
溶出电极34：
Ag＋X-→AgX↓＋e-   ····（III）
其中，X为I、Br或Cl。
卤化银沉积在由银构成的溶出电极34的表面。
＜步骤(d)＞
步骤(d)中，开关41a和41b均被连接到接线端B，对第一工作电极31a及第二工作电极31b均不施加电压。用稳压器42对溶出电极34进行扫描，从而如反应式(IV)所示，在步骤(c)中析出的卤化银溶解在样品溶液中。
溶出电极34：
AgX＋e-→Ag＋X-····（IV）
溶出胶35不含水。疏水性及亲水性离子液体为不挥发性的离子液体。因此在步骤(c)和步骤(d)中，与现有技术不同，溶出胶35的蒸发被抑制。
溶出胶35不直接与样品溶液接触，因此可抑制溶出胶35中含有的标准电解质的溶出。由此，可维持标准电解质的浓度，其结果可以使化学物质的定量更为精确。这是本发明的特点。
步骤(c)中，恒定电压的施加时间越长，卤化银的沉积量增多，从而可以实现更高灵敏度的检测。
＜步骤(e)＞
步骤(d)的溶解过程中，流动的电流与卤化银的析出量成正比。卤化银的析出量则与氧化还原性物质(还原物)的浓度、及步骤(c)中电压施加时间的乘积成正比。即，以下等式得以成立。
(卤化银的析出量)＝(氧化还原性物质(还原物)的浓度)×(步骤(c)中电压施加时间)
从而，可由步骤(d)中流动的电流算出氧化还原性物质(还原物)的浓度。基于氧化还原性物质(还原物)的浓度可对化学物质进行定量测定。毋需多言，与常规定量方法相同，由电流定量化学物质时，可以采用预先制作好的标准曲线。
（参考实施例）
以下，对本发明的参考实施例进行说明。
首先，制备第一工作电极50。
图4(a)示出本参考实施例的第一工作电极50。第一工作电极50包括银板51、溶出胶52及保护胶53。
（第一工作电极50的制备）
第一工作电极50通过以下方式制备。
在密闭容器中，将50mg的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(Aldrich公司制)在超声波振荡、冰冷却条件下溶解在丙酮中，从而制备丙酮溶液。该共聚物的平均分子量为47万。
将含有100mM的1-丁基-3-甲基咪唑碘盐(和光纯药工业制)的50μl的1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(东京化成工业制)添加到丙酮溶液中，并搅拌均匀。由此，制得第一储存溶液。
与第一储存溶液的情况相同，将50μl的1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺添加到丙酮溶液中，并搅拌均匀。由此，制得第二储存溶液。
将10μl的第一储存溶液滴落在银板51上。银板51的直径为3.0mm。将丙酮蒸干后，在银板51的表面形成溶出胶52。其次，滴落40μl的第二储存溶液，并使之覆盖溶出胶52。将丙酮蒸干后，形成保护胶53。由此，制得第一工作电极50。
（电化学测量）
通过以下方式进行电化学测量。
图5示出参考实施例的电化学测量元件70。电化学测量元件70包括工作电极71、参比电极72、辅助电极73、电解液74及稳压器75。
工作电极71为第一工作电极50。参比电极72为银/氯化银电极。辅助电极73为铂金线。电解液74为Dulbecco’s Phosphate BufferedSaline(D-PBS：7mM NaCl、2.7mM KCl、10mM Na2HPO4、1.8mM KH2PO4)。
利用稳压器75(购自BAS公司，商品名“ALS-660A”)，以扫描速度10mV/s对第一工作电极50的电压进行20个循环的扫描。
图6(a)示出用所述第一工作电极50得到的循环伏安溶出曲线的第1、3、5、7循环时的结果。可以看到以约-0.38V(vs.Ag/AgCl)为中心的氧化还原电流峰。这一电流源自由以下反应式(V)表示的氧化还原反应。
Figure BDA00001749766500131
图7的电流501示出采用图5所示的电化学元件70、并以扫描速度10mV/s得到的循环溶出伏安曲线。绘制这一循环溶出伏安曲线过程中，将1.6mm直径的金板用作工作电极71。电解液为采用第一工作电极50进行循环溶出伏安测定时所用的生理盐水。图7所示的电流501意味没有生成氧化还原反应。
(比较例)
以下，对本发明的比较例加以说明。
(第二工作电极60的制备)
除没有形成保护胶以外，与制备第一工作电极50时的情况同样制备第二工作电极60。
图4(b)示出比较例的第二工作电极60。第二工作电极50包括银板61、溶出胶62。与第一工作电极不同，第二工作电极50不包括保护胶。
(电化学测量)
电化学测量与采用图5所示的电化学测量元件70、及第一工作电极50时的情况同样进行测量。将第二工作电极60用作工作电极71。
图6(b)示出用所述第二工作电极60得到的循环伏安溶出曲线的1循环81、3循环82、5循环83、7循环84时的结果。与工作电极50时的情况相同，可以看到以约-0.38V(vs.Ag/AgCl)为中心的、源自由反应式(V)表示的氧化还原电流峰。电流值缓缓地逐渐减小。
图7的电流601示出将实施所述第二工作电极60的循环溶出伏安测量后的生理盐水用作为电解液、并以扫描速度10mV/s得到的循环溶出伏安曲线。与电流501不同，电流601意味着生成了氧化还原反应。
图8为相对于循环数的、图6所示的循环溶出伏安曲线的氧化电流峰值的点分布。点分布502、602分别表示采用第一工作电极50及第二工作电极时的结果。
点分布502保持了几乎恒定的氧化电流峰值。这一结果表示溶出胶52中含有的碘离子的浓度保持恒定。
由点分布602可以看出，当测量循环数增加时，氧化电流峰值缓缓地逐渐减小。这一结果表示溶出胶62中含有的碘离子溶出到电解液74中。
由于保护胶53，溶出胶52不与样品溶液直接接触。由此，溶出胶52中含有的碘离子的溶出得到了抑制，从而溶出胶52中含有的碘离子的浓度得以保持恒定。这是本发明的特点。
工业实用性
本发明提供一种利用置换式溶出伏安法高精度地定量测定化学物质的方法以及所使用的传感芯片。

Claims (17)

1.一种定量测定样品溶液中所含化学物质的方法，包括以下步骤a至e,
步骤a，制备传感芯片，其中，
所述传感芯片包括基板、一对工作电极、辅助电极、溶出电极、溶出胶及保护胶，
所述一对工作电极由第一工作电极和第二工作电极组成，
所述溶出电极的表面包含银，
所述溶出胶覆盖所述溶出电极，
所述溶出胶不覆盖所述一对工作电极及所述辅助电极，
所述溶出胶包含标准电解质以及疏水性或亲水性离子液体，
所述溶出胶不含水，
所述疏水性或亲水性离子液体为不挥发性的离子液体，
所述疏水性或亲水性离子液体由阳离子和阴离子组成，
所述标准电解质由所述阳离子和卤素离子组成，
所述保护胶覆盖所述所述溶出胶，
所述保护胶含有疏水性离子液体，但不含有所述标准电解质和水；
步骤b，将所述样品溶液提供至所述传感芯片的表面，从而使所述样品溶液覆盖所述表面，其中，所述样品溶液含有所述化学物质和氧化还原性物质、或含有被氧化还原性物质修饰的所述化学物质；
步骤c，用稳压器将电压施加于所述第一工作电极，并将所述第二工作电极电连接到所述溶出电极，从而使所述第一工作电极、所述第二工作电极和所述溶出电极各自的表面上分别发生由以下反应式(Ⅰ)至(Ⅲ)表示的反应，
所述第一工作电极：
氧化还原性物质(还原物)→氧化还原性物质(氧化物)＋e-··（I）
所述第二工作电极：
氧化还原性物质(氧化物)＋e-→氧化还原性物质(还原物)··（II）
所述溶出电极：
银＋卤素离子-→卤化银↓＋e-····（III）
其中，所述卤化银沉积在所述溶出电极的表面；
步骤d，在没有电压施加在所述第一工作电极及所述第二工作电极的条件下，将电压施加在所述溶出电极，从而测量通过溶出电极的电流；以及
步骤e，基于所述电流算出所述氧化还原性物质、即还原物的浓度，从而基于所算出的浓度来定量测定所述化学物质。
2.如权利要求1所述的方法，其中，
所述传感芯片还包括具有注入口的盖，
在所述盖和所述传感芯片之间形成有空间，
在所述步骤b，所述样品溶液经由注入口被供给至所述传感芯片的表面。
3.如权利要求2所述的方法，其中，
所述盖还包括空气孔，
在所述步骤b，充满在所述空间中的空气从所述空气孔被排出。
4.如权利要求2所述的方法，其中，
在所述步骤b之后，所述空间被样品溶液充满。
5.如权利要求1所述的方法，其中，
组成所述疏水性离子液体的所述阳离子和阴离子分别选自以下组I和组II，
组I：
(1)1-R1-2-R2-3-R3-咪唑鎓离子，其中，R1为甲基或丁基，R2为氢或甲基，R3为烷基，R3也可以含有杂原子，
(2)N-R4-异喹啉鎓离子，其中，R4为烷基，也可以含有杂原子，
(3)N-R5-吡啶鎓离子，其中，R5为烷基，也可以含有杂原子，
(4)N,N-R6,R7-吡咯烷鎓离子，其中，R6为甲基、乙基、丙基、异丙基、或丁基，R7为烷基，R7也可以含有杂原子，
(5)N,N-R8,R9-哌啶鎓离子，其中，R8为甲基或丁基，R9为烷基，R9也可以含有杂原子，或
(6)R10，R11，R12，R13-铵离子，其中，R10、R11、R12、R13各自独立地为烷基、苯基或苄基，也可以含有杂原子；
组Ⅱ：
(1)双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺离子，
(2)三氟甲基磺酸根离子，或
(3)双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺离子。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述疏水性离子液体选自
1,3-二甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、
1-乙基-3-甲基咪唑双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺、
1,3-二乙基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1,3-二乙基咪唑三氟甲基磺酸盐、
1-丁基-3-乙基咪唑三氟甲基磺酸盐、
1,2-二甲基-3-乙基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、
1-异丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1,2-二甲基-3-丙基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
N,N-丙基甲基吡咯烷双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
丙基三甲基铵双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
N,N-甲基丙基哌啶双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、或
N-丁基吡啶双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺。
7.如权利要求1所述的方法，其中，组成所述亲水性离子液体的所述阳离子和阴离子分别选自以下组I和组III，
组I：
(1)1-R1-2-R2-3-R3-咪唑鎓离子，其中，R1为甲基或丁基，R2为氢或甲基，R3为烷基，R3也可以含有杂原子，
(2)N-R4-异喹啉鎓离子，其中，R4为烷基，也可以含有杂原子，
(3)N-R5-吡啶鎓离子，其中，R5为烷基，也可以含有杂原子，
(4)N,N-R6,R7-吡咯烷鎓离子，其中，R6为甲基、乙基、丙基、异丙基、或丁基，R7为烷基，R7也可以含有杂原子，
(5)N,N-R8,R9-哌啶鎓离子，其中，R8为甲基或丁基，R9为烷基，R9也可以含有杂原子，或
(6)R10，R11，R12，R13-铵离子，其中，R10、R11、R12、R13各自独立地为烷基、苯基或苄基，也可以含有杂原子；
组III：
(4)四氟硼酸根离子，或
(5)卤素离子。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述亲水性离子液体选自以下
1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、
1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、
1-甲基-3-丙基咪唑四氟硼酸盐、
1-丁基-3-甲基咪唑碘盐、
1-己基-3-甲基咪唑溴盐、
1-己基-3-甲基咪唑氯盐、
1-辛基-3-甲基咪唑氯盐、或
N-己基吡啶氯盐。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述保护胶覆盖所述溶出胶的全体，从而使所述溶出胶被所述保护胶完全隐藏。
10.一种用于置换式溶出伏安法的传感芯片，包括以下
基板、
一对工作电极、
辅助电极、
溶出电极、
溶出胶，其中，
所述溶出电极的表面包含银，
所述溶出胶覆盖所述溶出电极，
所述溶出胶不覆盖所述一对工作电极及所述辅助电极，
所述溶出胶包含标准电解质、及疏水性或亲水性离子液体，
所述疏水性或亲水性离子液体包含阳离子及阴离子，
所述标准电解质包含所述阳离子及卤素离子，
保护胶覆盖所述溶出胶，
所述保护胶含有疏水性离子液体，但不含有所述标准电解质和水。
11.如权利要求10所述的传感芯片，其中，
所述传感芯片还包括具有注入口的盖，
在所述盖和所述传感芯片之间形成有空间。
12.如权利要求11所述的传感芯片，其中，所述盖还包括空气孔。
13.如权利要求10所述的传感芯片，其中，组成所述疏水性离子液体的所述阳离子和阴离子分别选自以下组I和组II，
组I：
(1)1-R1-2-R2-3-R3-咪唑鎓离子，其中，R1为甲基或丁基，R2为氢或甲基，R3为烷基，R3也可以含有杂原子，
(2)N-R4-异喹啉鎓离子，其中，R4为烷基，也可以含有杂原子，
(3)N-R5-吡啶鎓离子，其中，R5为烷基，也可以含有杂原子，
(4)N,N-R6,R7-吡咯烷鎓离子，其中，R6为甲基、乙基、丙基、异丙基、或丁基，R7为烷基，R7也可以含有杂原子，
(5)N,N-R8,R9-哌啶鎓离子，其中，R8为甲基或丁基，R9为烷基，R9也可以含有杂原子，或
(6)R10，R11，R12，R13-铵离子，其中，R10、R11、R12、R13各自独立地为烷基、苯基、或苄基，也可以含有杂原子；
组Ⅱ：
(1)双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺离子，
(2)三氟甲基磺酸根离子，或
(3)双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺离子。
14.如权利要求10所述的传感芯片，其中，所述疏水性离子液体选自以下：
1,3-二甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、
1-乙基-3-甲基咪唑双(五氟乙基磺酰基)酰亚胺、
1,3-二乙基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1,3-二乙基咪唑三氟甲基磺酸盐、
1-丁基-3-乙基咪唑三氟甲基磺酸盐、
1,2-二甲基-3-乙基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐、
1-异丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
1,2-二甲基-3-丙基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
N,N-丙基甲基吡咯烷双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
丙基三甲基铵双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、
N,N-甲基丙基哌啶双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、或
N-丁基吡啶双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺。
15.如权利要求10所述的传感芯片，其中，组成所述亲水性离子液体的所述阳离子和所述阴离子分别选自以下组I和组III，
组I：
(1)1-R1-2-R2-3-R3-咪唑鎓离子，其中，R1为甲基或丁基，R2为氢或甲基，R3为烷基，R3也可以含有杂原子，
(2)N-R4-异喹啉鎓离子，其中，R4为烷基，也可以含有杂原子，
(3)N-R5-吡啶鎓离子，其中，R5为烷基，也可以含有杂原子，
(4)N,N-R6,R7-吡咯烷鎓离子，其中，R6为甲基、乙基、丙基、异丙基、或丁基，R7为烷基，R7也可以含有杂原子，
(5)N,N-R8,R9-哌啶鎓离子，其中，R8为甲基或丁基，R9为烷基，R9也可以含有杂原子，或
(6)R10，R11，R12，R13-铵离子，其中，R10、R11、R12、R13各自独立地为烷基、苯基、或苄基，也可以含有杂原子；
组III：
(4)四氟硼酸根离子，或
(5)卤素离子。
16.如权利要求10所述的传感芯片，其中，所述亲水性离子液体选自以下：
1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、
1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、
1-甲基-3-丙基咪唑四氟硼酸盐、
1-丁基-3-甲基咪唑碘盐、
1-己基-3-甲基咪唑溴盐、
1-己基-3-甲基咪唑氯盐、
1-辛基-3-甲基咪唑氯盐、或
N-己基吡啶氯盐。
17.如权利要求10所述的传感芯片，其中，所述保护胶覆盖所述溶出胶的全体，从而使所述溶出胶被所述保护胶完全隐藏。
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