CN104950021B

CN104950021B - 一种用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器及其制作方法

Info

Publication number: CN104950021B
Application number: CN201410122429.8A
Authority: CN
Inventors: 辛君伟; 张同军; 盛青松
Original assignee: WUXI SHENRUI BIO-PHARMACEUTICALS Co Ltd
Current assignee: WUXI SHENRUI BIO-PHARMACEUTICALS Co Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2018-04-17
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: CN104950021A

Abstract

本发明公开了一种用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器，其是由基片和设置在基片上的碳工作电极、碳对电极、银/氯化银参比电极、电极导线组成，所述基片是厚度为0.2mm‑0.5mm的塑料基片；所述碳工作电极设置于传感器的中间，其是由方形碳层和绝缘油层限制而成，方形碳层上未被绝缘油覆盖裸露出来的区域即为碳工作电极；所述电极导线底层为银导电层；所述碳工作电极、所述碳对电极以及所述电极导线表层为碳保护层；所述碳对电极位于所述碳工作电极的上方，所述参比电极位于所述碳工作电极的下方。本发明还公开了该传感器的制造方法。本发明提供的用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器，成本低、一致性好、测试结果准确性高。

Description

一种用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器及其制作方法。

背景技术

铅是一种具有神经毒性的重金属元素。铅在人体内的量超过一定水平会损害健康。儿童由于生长发育特点，对铅毒性敏感，儿童血铅水平在100μg/L-450μg/L左右时，呈亚临床症状，但已能对儿童的智力发育、体格生长、学习能力和听力产生不利影响。美国CDC（疾病预防控制中心）调查发现，当儿童的血铅水平超过100μg/L时，血铅每升高10μg/L，IQ下降2-3分。最近的研究表明，儿童血铅水平超过50μg/L时，既已对推理、记忆能力产生显著影响。

目前评价铅暴露最有效的生物标记物是血铅水平。石墨炉原子吸收光谱法已被广泛用于临床血铅测量中，在铅含量高于50μg/L时可以达到很好的分析结果。石墨炉原子吸收光谱法虽可以精确且灵敏地检测血铅，但是其检测限不够好，成本相对较高，另外需要操作人员有较高的专业技术。相对而言，电化学分析技术灵敏度高、操作简单、成本低而且仪器便携。工作电极使用悬汞电极或汞膜电极，至今在国内的血铅检测仪上被广泛使用。这种方法的主要缺陷是：①电极多次使用，样本间的交叉污染现象严重；②仪器的抗干扰能力差，受血液中有机质影响大；④电极中使用的液态汞对操作人员有毒害。

Joseph Wang的课题组首次将丝网印刷传感器用于铅离子检测(Anal.Chem.1990,62,1325-1331)。中国专利200710067507.9和200720070729.1等也描述了使用丝网印刷传感器测试血铅浓度，但上述学者研究中使用的均为未经修饰的丝网印刷传感器，传感器的工作电极直接暴露在血液中，受血液中有机成分的干扰大，准确性较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种成本低、一致性好、测试结果准确性高的用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器。

本发明还提供了该传感器的制作方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器，其是由基片和设置在基片上的碳工作电极、碳对电极、银/氯化银参比电极、电极导线组成，所述基片是厚度为0.2mm-0.5mm的塑料基片；所述碳工作电极设置于传感器的中间，其是由方形碳层和绝缘油层限制而成，方形碳层上未被绝缘油覆盖裸露出来的区域即为碳工作电极；所述电极导线底层为银导电层；所述碳工作电极、所述碳对电极以及所述电极导线表层为碳保护层；所述碳对电极位于所述碳工作电极的上方，所述参比电极位于所述碳工作电极的下方。塑料基片的材料可选用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等材料，最优的材料是PET。塑料基片的厚度在0.2mm-0.5mm间，塑料基片厚度越厚机械刚性越强，塑料基片的优选厚度为0.35mm。为提高印刷性能，塑料基片使用前经电晕处理。

所述绝缘油层选用与碳层、银层有良好兼容性能的绝缘油。另外绝缘油还应耐强酸碱，且不含有铅成分。在碳工作电极周围的绝缘油层具有一定的厚度，可防止印刷或滴加在碳工作电极上的修饰溶液向四周扩散。

进一步地，为去除血液中的蛋白等成分对碳工作电极的毒害作用，在所述碳工作电极表面设置有修饰层。

进一步地，所述修饰层为阳离子交换剂或者聚合物膜。

进一步地，所述阳离子交换剂为Nafion。由于Nafion非常稳定，在适当条件下可溶于有机溶剂，可滴加在碳工作电极表面形成修饰膜。铅离子可顺利通过Nafion修饰膜接触到碳工作电极，蛋白等大分子却不能通过。

进一步地，所述聚合物膜为羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和醋酸纤维素中的一种或几种。聚合物膜的优选成分为羟乙基纤维素和羧甲基纤维素，当使用这两种纤维素时，聚合物膜复溶后形成薄的“胶体层”，可有效阻隔蛋白等大分子物质，另外，由于血液中的铜离子和铅离子的溶出峰溶出电位差异较大，聚合物膜可消除铜离子的干扰。

进一步地，所述银/氯化银参比电极中银和氯化银的摩尔比为3：2。

进一步地，所述电极导线为在塑料片上印刷的银条，由于银易氧化，在所述银条上覆盖印刷有碳层。

一种用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器的制作方法，其包括以下步骤：

（1）选取厚度为0.2mm-0.5mm的塑料基片，经电晕和清洁处理后，印刷一层导电银浆，网版目数为250目、膜厚为12μm；印刷后置于90～100℃下烘烤10～20分钟，制得所述电极导线底层的银导电层；

（2）在（1）的基础上，印刷导电碳浆，网版目数为250目，膜厚为18μm；印刷后置于90～100℃下烘烤25～35分钟，制得碳工作电极、碳对电极、以及电极导线表层的碳保护层；

（3）在（2）的基础上，印刷银/氯化银油墨，网版目数为150目，膜厚12μm；印刷后置于90～100℃下烘烤10～15分钟，制得银/氯化银参比电极；

（4）在（3）的基础上，印刷绝缘油墨，网版目数为200目，膜厚24μm；印刷后置于80～90℃下烘烤10～15分钟，然后重复印刷绝缘油墨一次，碳工作电极边缘高度为48μm，直径为4mm；

（5）在（4）的基础上，配制含有0.5wt%羟乙基纤维素、1wt%羧甲基纤维素、0.1wt%Triton X-100的修饰溶液，在碳工作电极上滴加5微升修饰溶液，待修饰溶液扩散至整个碳工作电极区域后，置于35℃下烘烤20分钟，制得碳工作电极修饰层。

进一步地，所述步骤（5）还可以是：在步骤（4）的基础上，配制含有1v/v%Nafion-乙醇溶液、0.1wt%Triton X-100的修饰溶液，在,碳工作电极上滴加2微升修饰溶液，置于室温下晾干，制得碳工作电极修饰层。

进一步地，所述步骤（5）还可以是：在步骤（4）的基础上，配制含有5wt%羟乙基纤维素、2wt%羧甲基纤维素、0.5wt%Triton X-100的修饰溶液，通过丝网印刷的方法将上述溶液浆料印刷在碳工作电极区域，网版目数为150目，膜厚18μm，印刷好后置于40℃下烘烤15分钟，制得碳工作电极修饰层。

测试方法：

由于人血液中90%以上的铅在红细胞内，因此需破碎红细胞，使铅成为游离态，从理论上0.6M以上的氢离子可使铅离子即时溶出，当氢离子浓度在0.9M以上时，溶液容易出现絮状沉淀。血液样本的处理液优选0.6M的盐酸溶液，血液和0.6M盐酸溶液按照1：19的比例混合均匀后使用。

取20微升血液和380微升样本处理液混合均匀后，取100微升滴加在电极表面，溶液完全覆盖三电极后，启动电化学测试过程。

电化学测试过程为：首先在工作电极上施加-1.1V(相对银/氯化银参比电极)富集电压，并维持150秒。富集结束后，在-1.1V至0V的区间内施加方波扫描，扫描的参数为：扫描范围-1.1V至0V，振幅24mV，频率100Hz，步长2mV。

本发明所达到的有益效果是：

（1）本发明用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器一次性使用，可有效解决痕量物质传统检测方法中存在的样本交叉污染问题；

（2）采用丝网印刷的方法制备电化学传感器，具有成本低、一致性好的优点。

（3）在工作电极表面修饰高分子多孔物质，可有效降低血液中有机成分对测试结果的干扰。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本发明一种用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器，其是由基片1和设置在基片1上的碳工作电极2、碳对电极3、银/氯化银参比电极4和电极导线5组成。所述电极导线5设置为三根，其一端分别与所述碳工作电极2、碳对电极3、银/氯化银参比电极4相接，另一端均与电极接脚6相接。

所述基片1是厚度为0.35mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料基片，为了提高印刷性能，在使用前经电晕处理；所述碳工作电极2设置于传感器的中间，其是由方形碳层21和绝缘油层22限制而成；方形碳层21上未被绝缘油覆盖裸露出来的区域即为碳工作电极2；所述电极导线5底层为银导电层；所述碳工作电极2、所述碳对电极3以及所述电极导线5表层为碳保护层；所述碳对电极3位于所述碳工作电极2的上方，所述银/氯化银参比电极4位于所述碳工作电极2的下方。其中，所述银/氯化银参比电极4中银和氯化银的摩尔比为3：2。

所述绝缘油层22的绝缘油选用与碳层、银层有良好兼容性能的绝缘油。另外绝缘油还应耐强酸碱，且不含有铅成分。在碳工作电极2周围的绝缘油层22具有一定的厚度，可防止印刷或滴加在碳工作电极2上的修饰溶液向四周扩散。

为去除血液中的蛋白等成分对碳工作电极2的毒害作用，在所述碳工作电极2表面设置有Nafion阳离子交换剂制成的修饰层。

由于Nafion非常稳定，在适当条件下可溶于有机溶剂，可在滴加在碳工作电极表面形成修饰膜。铅离子可顺利通过Nafion修饰膜接触到碳工作电极2，蛋白等大分子却不能通过。

所述电极导线5为在塑料片上印刷的银条，由于银易氧化，在所述银条上覆盖印刷有碳层。

一种传感器的制作方法，其包括以下步骤：

（1）选取厚度为0.35mm的塑料基片，经电晕和清洁处理后，印刷一层导电银浆，网版目数为250目、膜厚为12μm；印刷后置于100℃下烘烤10分钟，制得所述电极导线底层的银导电层；

（2）在（1）的基础上，印刷导电碳浆，网版目数为250目，膜厚为18μm；印刷后置于100℃下烘烤25分钟，制得碳工作电极、碳对电极、以及电极导线表层的碳保护层；

（3）在（2）的基础上，印刷银/氯化银油墨，网版目数为150目，膜厚12μm；印刷后置于100℃下烘烤10分钟，制得银/氯化银参比电极；

（4）在（3）的基础上，印刷绝缘油墨，网版目数为200目，膜厚24μm；印刷后置于90℃下烘烤10分钟，然后重复印刷绝缘油墨一次，碳工作电极边缘高度为48μm，直径为4mm；

（5）在步骤（4）的基础上，配制含有1v/v%Nafion-乙醇溶液、0.1wt%Triton X-100的修饰溶液，在碳工作电极上滴加2微升修饰溶液，置于室温下晾干，制得碳工作电极修饰层。

测试方法：

取20微升血液和380微升样本处理液混合均匀后，取100微升滴加在电极表面，溶液完全覆盖三电极后，启动电化学测试过程；其中，血液样本的处理液优选0.6M的盐酸溶液，血液和0.6M盐酸溶液按照1：19的比例混合均匀后使用。

实施例2

所述基片1是厚度为0.2mm-0.5mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料基片，为了提高印刷性能，在使用前经电晕处理；所述碳工作电极2设置于传感器的中间，其是由方形碳层21和绝缘油层22限制而成；方形碳层21上未被绝缘油覆盖裸露出来的区域即为碳工作电极2；所述电极导线5底层为银导电层；所述碳工作电极2、所述碳对电极3以及所述电极导线5表层为碳保护层；所述碳对电极3位于所述碳工作电极2的上方，所述银/氯化银参比电极4位于所述碳工作电极2的下方。其中，所述银/氯化银参比电极4中银和氯化银的摩尔比为3：2。

为去除血液中的蛋白等成分对碳工作电极2的毒害作用，在所述碳工作电极2表面设置有聚合物膜修饰层。该聚合物膜的由羟乙基纤维素和羧甲基纤维素制成，当使用这两种纤维素时，聚合物膜复溶后形成薄的“胶体层”，可有效阻隔蛋白等大分子物质，另外，由于血液中的铜离子和铅离子的溶出峰溶出电位差异较大，聚合物膜可消除铜离子的干扰。

一种传感器的制作方法，其包括以下步骤：

（1）选取厚度为0.5mm的塑料基片，经电晕和清洁处理后，印刷一层导电银浆，网版目数为250目、膜厚为12μm；印刷后置于90℃下烘烤20分钟，制得所述电极导线底层的银导电层；

（2）在（1）的基础上，印刷导电碳浆，网版目数为250目，膜厚为18μm；印刷后置于90℃下烘烤35分钟，制得碳工作电极、碳对电极、以及电极导线表层的碳保护层；

（3）在（2）的基础上，印刷银/氯化银油墨，网版目数为150目，膜厚12μm；印刷后置于90℃下烘烤15分钟，制得银/氯化银参比电极；

（4）在（3）的基础上，印刷绝缘油墨，网版目数为200目，膜厚24μm；印刷后置于80℃下烘烤15分钟，然后重复印刷绝缘油墨一次，碳工作电极边缘高度为48μm，直径为4mm；

测试方法：

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器，其特征在于，其是由基片和设置在基片上的碳工作电极、碳对电极、银/氯化银参比电极、电极导线组成，所述基片是厚度为0.2mm-0.5mm的塑料基片；所述碳工作电极设置于传感器的中间，其是由方形碳层和绝缘油层限制而成；所述电极导线底层为银导电层；所述碳工作电极、所述碳对电极以及所述电极导线表层为碳保护层；所述碳对电极位于所述碳工作电极的上方，所述参比电极位于所述碳工作电极的下方；所述银/氯化银参比电极中银和氯化银的摩尔比为3：2；

上述用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器的制作方法，其包括以下步骤：

(1)选取厚度为0.2mm-0.5mm的塑料基片，经电晕和清洁处理后，印刷一层导电银浆，网版目数为250目、膜厚为12μm；印刷后置于90～100℃下烘烤10～20分钟，制得所述电极导线底层的银导电层；

(2)在(1)的基础上，印刷导电碳浆，网版目数为250目，膜厚为18μm；印刷后置于90～100℃下烘烤25～35分钟，制得碳工作电极、碳对电极、以及电极导线表层的碳保护层；

(3)在(2)的基础上，印刷银/氯化银油墨，网版目数为150目，膜厚12μm；印刷后置于90～100℃下烘烤10～15分钟，制得银/氯化银参比电极；

(4)在(3)的基础上，印刷绝缘油墨，网版目数为200目，膜厚24μm；印刷后置于80～90℃下烘烤10～15分钟，然后重复印刷绝缘油墨一次，碳工作电极边缘高度为48μm，直径为4mm；

(5)在(4)的基础上，配制含有0.5wt％羟乙基纤维素、1wt％羧甲基纤维素、0.1wt％Triton X-100的修饰溶液，在碳工作电极上滴加5微升修饰溶液，待修饰溶液扩散至整个碳工作电极区域后，置于35℃下烘烤20分钟，制得碳工作电极修饰层。

2.根据权利要求1所述的一种用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器，其特征在于，所述碳工作电极表面设置有修饰层。

3.根据权利要求2所述的一种用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器，其特征在于，所述修饰层为阳离子交换剂或者聚合物膜。

4.根据权利要求3所述的一种用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器，其特征在于，所述阳离子交换剂为Nafion。

5.根据权利要求3所述的一种用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器，其特征在于，所述聚合物膜为羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和醋酸纤维素中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器，其特征在于，所述电极导线为在塑料片上印刷的银条，所述银条上覆盖印刷有碳层。

7.根据权利要求1所述的用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器，其特征在于，所述步骤(5)还可以是：在步骤(4)的基础上，配制含有1v/v％Nafion-乙醇溶液、0.1wt％TritonX-100的修饰溶液，在,碳工作电极上滴加2微升修饰溶液，置于室温下晾干，制得碳工作电极修饰层。

8.根据权利要求1所述的用于血铅检测的抛弃式丝网印刷传感器，其特征在于，所述步骤(5)还可以是：在步骤(4)的基础上，配制含有5wt％羟乙基纤维素、2wt％羧甲基纤维素、0.5wt％Triton X-100的修饰溶液，通过丝网印刷的方法将上述溶液浆料印刷在碳工作电极区域，网版目数为150目，膜厚18μm，印刷好后置于40℃下烘烤15分钟，制得碳工作电极修饰层。