CN105588865B - 一种基于双活性工作电极的光电化学检测装置 - Google Patents

一种基于双活性工作电极的光电化学检测装置 Download PDF

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Abstract

一种基于双活性工作电极的光电化学(PEC)检测装置，其样品池主要由具有光电活性和生物催化沉淀(BCP)活性的工作电极为特征的三电极体系组成。工作电极与激发光光源对准，三电极通过导线与电化学工作站相连。本发明基于双活性的工作电极，布局新颖，检测结果准确，结构简单。

Description

一种基于双活性工作电极的光电化学检测装置
技术领域
本发明涉及分析仪器技术领域，是一种利用双活性工作电极进行光电化学检测的装置。
背景技术
光电化学过程是指具有光电活性的物质吸收光子，使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。光电化学免疫分析是建立在光电化学传感与免疫技术基础上的一种新型免疫方法，具备了光电化学传感的高灵敏度和免疫反应的高特异性。
生物催化沉淀(BCP)反应，可以在生物催化剂——酶的作用下，在电极表面形成不溶性的绝缘层，阻止电子传递，从而进行有效的信号放大。
发明内容
本发明的目的是公开一种基于双活性工作电极的光电化学(PEC)检测装置。本发明装置将光信号转换为与待测物浓度相关的电信号，并利用生物识别和催化作用，从而提高检测的灵敏度和特异性。
本发明装置由样品池(由双活性工作电极、铂丝对电极、Ag/AgCl参比电极、特定电解液和导线构成)、光源、电化学工作站组成。在光照条件下，待测物与工作电极之间的物理、化学、生物作用，使得光信号转换为与待测物浓度相关的电信号，从而实现特异性、高灵敏检测。
本发明的技术方案如下：
一种基于双活性工作电极的光电化学(PEC)检测装置，其特征是：在含有特定电解液的样品池中，以具有双活性的工作电极、铂丝对电极、Ag/AgCl参比电极组成三电极体系。工作电极与激发光光源对准，三电极通过导线与电化学工作站相连。
上述的基于双活性电极的光电化学检测装置，所述的双活性电极为受到光照后能产生光生电子和光生空穴的、具有光电活性的电极。
上述的基于双活性电极的光电化学检测装置，所述双活性电极为表面修饰有待测物的三元免疫复合物、碱性磷酸酶(ALP)和硫化镉量子点(CdS QDs)的氧化铟锡(ITO)电极，具有生物催化沉淀活性。
上述的基于双活性电极的光电化学检测装置，所述电解液为能在光照条件下向电极传递电子的物质，它可以是抗坏血酸(AA)的PBS溶液，或AA的Tris-HCl溶液。
本发明的结构简单，操作方便，检测结果准确，且造价低廉。
附图说明
图1本发明的布局结构图，其中1为光电极；2为参比电极；3为对电极；4为检测池；5为电化学工作站；激发光为可见光。
图2本发明实施实例原理示意图，其中1为CdS/ITO光电极，2为β-HCG的三元免疫复合物，3为生物素-亲和素复合物，4为碱性磷酸酶。
图3本发明实施过程光电流表征图，其中1为未修饰的CdS/ITO光电极；2为修饰了第一抗体的光电极；3为生物催化沉淀反应前的光电极；4为生物催化沉淀反应后的光电极。
图4本发明中β-HCG的浓度与光电流信号变化关系图，其中，光电流变化率＝(生物催化沉积前的光电流－生物催化沉积后的光电流)/生物催化沉积前的光电流。
具体实施方式
实施例1：基于双活性电极的光电化学检测装置和人绒毛膜促性腺激素β亚单位(β-HCG)的检测
该实例以人绒毛膜促性腺激素β亚单位(β-HCG)为模型蛋白。更换待测物及其对应的抗体，可以实现多种蛋白的含量检测。
1、装置制作方法：
在长方体形石英样品池(20mm×10mm×45mm)的盖子上制作出三个合适直径的小孔，安装上双活性工作电极、对电极和参比电极，用铜芯导线将三个电极与电化学工作站相连；工作电极的工作区域与激发光源正对，并保证光强一定。
2、实验条件
实验条件为：样品池中，工作电极为修饰了光电活性物质CdS、待测物三元免疫复合物、碱性磷酸酶(ALP)的ITO电极，对电极为铂丝电极，参比电极为Ag/AgCl电极，电解液为含有0.1M抗坏血酸(AA)的0.1M PBS。光源波长为410nm，电压为0V。
3、实验过程
本方法的具体实施流程如下：
步骤1：CdS的ITO光电极的制备
首先合成TGA修饰的CdS量子点。向50mL 0.01M的氯化镉(CdCl2)溶液中加入250μLTGA，通N230min，并调节pH＝11。加入5mL新制0.1M硫化钠(Na2S)溶液，110℃下回流4h，得到TGA修饰的CdS量子点溶液。
将ITO导电玻璃切割为7mm×33mm大小，在含2M KOH的异丙醇溶液中煮沸20min，超纯水清洗后，于50℃烘干；再用食人鱼洗液(H2O2：浓H2SO4＝3:7)清洗10s，超纯水清洗后，于50℃烘干。将清洗好的ITO电极交替浸没在含0.5M NaCl的2％聚(二烯丙基二甲基氯化铵)溶液和TGA修饰的CdS量子点溶液中各10min，重复4次，期间用超纯水清洗，制得CdS修饰的ITO光电极。
步骤2：电极表面的免疫修饰与生物催化沉淀反应
利用CdS量子点表面的大量羧基与β-HCG抗体分子发生酰胺缩合反应，将β-HCG第一抗体分子修饰在光电极表面，构成特异性识别β-HCG的检测平台，再依次修饰β-HCG抗原、生物素修饰的β-HCG第二抗体，形成三元免疫复合物。通过生物素和亲和素的特异性结合作用，将亲和素修饰的ALP标记在β-HCG第二抗体上。
37℃下，将修饰好的电极在生物催化沉淀反应的底物，2mM的5-溴-4-氯-3-吲哚磷酸二钠盐中孵化20min，在ALP的催化下，电极表面产生蓝色沉淀物。测定免疫修饰过程和生物催化反应前后的电极光电流，如图3。
步骤3：光电流信号的检测
光电流信号检测在含0.1M AA的0.1M磷酸盐缓冲溶液(pH＝7.4)中进行，采用的三电极体系为：CdS修饰的ITO电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极，测定生物催化反应前后的光电流变化。光电流的变化比率和样品中β-HCG浓度的对数值呈线性关系，如图4。可以根据标准曲线测得β-HCG浓度。

Claims (3)

1.一种基于双活性工作电极的光电化学(PEC)检测装置，其特征是：在含有特定电解液的样品池中，以具有双活性的工作电极、铂丝对电极、Ag/AgCl参比电极组成三电极体系，工作电极与激发光光源对准，三电极通过导线与电化学工作站相连；所述的双活性电极为受到光照后能产生光生电子和光生空穴的、具有光电活性的电极；所述双活性电极为表面修饰有待测物的三元免疫复合物和碱性磷酸酶(ALP)的电极，具有生物催化沉淀活性。
2.根据权利要求1所述的基于双活性电极的光电化学检测装置，其特征是：所述双活性电极为表面修饰有待测物的三元免疫复合物、碱性磷酸酶(ALP)和硫化镉量子点(CdS QDs)的氧化铟锡(ITO)电极，具有生物催化沉淀活性。
3.根据权利要求1所述的基于双活性电极的光电化学检测装置，所述电解液为能在光照条件下向电极传递电子的物质，它是抗坏血酸(AA)的PBS溶液，或AA的Tris-HCl溶液。
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