CN106353303B - 毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置及应用 - Google Patents

毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置及其制备方法和应用，该发光装置由毛细管和图案化线电极组成；图案化线电极由线基电极和裸线区构成，它有三个以上的、由导电碳浆制成的线基电极，位居两侧的线基电极是驱动电极，驱动电极之间的线基电极是双性电极，线基电极之间的区域称为裸线区；毛细管将图案化线电极套在其中，毛细管须套住所有的双性电极，同时不能接触驱动电极。本发明首次将毛细微通道应用到图案化碳电极的线上以制成毛细微通道辅助线基微流控装置，该集成装置的显著优点是样品上样速度快、并能够均匀地分布在图案化线电极上。

Description

毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置及应用
技术领域
本发明属于微流控装置传感领域，具体涉及一种毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，微流控装置已经广泛用于生化、医学检测等领域，它具有显著降低试剂消耗量、价格低廉、分析效率高等优点，从而成为现代分析领域前沿研究热点之一，具有巨大的市场需求和良好的发展前景。
基于各种纤维材质(如纸、布、棉线等)的微流控分析方法及其装置倍受人们的关注。这些材质的内部纤维间的空隙以及湿润性能够导致液体仅仅通过毛细力在纤维材质中进行毛细流动，从而使得这类微流控分析装置无需外加驱动装置，因此分析装置体积小、结构紧凑、成本低廉，很适合便携式检测领域。
2010年，Shen研究组提出使用线作为微流控衬底材料的概念已经引起了微流控学研究者们的极大关注。相比于纸基、布基微流控装置而言，线基微流控装置通常不需要一定的疏水材料(如蜡、光刻胶等)来构建亲水池或通道，因此具有加工简单快速、装置弹性高、潜在污染源少等显著优点。目前，线基微流控装置已经被数个研究组用于生物、化学、医学等检测领域。例如，Shen研究组采用棉线制备成微流控分析通道以用于亚硝酸根、蛋白质和葡萄糖等定性、半定量检测；Zhou等以棉线构成线基微流控装置应用于免疫分析；Che-HsinLin课题组将聚酯线微流控技术用于人全血中血液尿素氮和葡萄糖检测，并与电泳技术耦合联用进行分离测定氯离子、溴离子以及碘离子等。
到目前为止，线基微流控装置中涉及到的检测方法包括比色法、长度测量法、表面增强拉曼光谱法、近场激光热透镜光谱法、电化学法、化学发光法、毛细管电泳法等。这些方法中，电化学方法具有简单、快速、可控制性强和灵敏度高等优点。另外，电化学方法一般不受分析系统大小影响，一般只需简单的电学元件配置即可与微流控芯片集成。然而，传统三电极电化学方法仍然有一些严重限制。例如，电极需要直接与外界电源接触，因而很难进行高通量检测；需要昂贵的恒电位仪或者电化学工作站，因而限制其在偏远地区甚至发展中国家广泛应用。更为重要的是，在线基微流控装置上进行电化学检测还面临着一些其它挑战。例如，如何快速、有效、低成本地在线上实现电极图案化并集成到线基微流控装置上是一个重大挑战；现有的电极加工技术也许能应用到线基微流控装置上，但会极大地改变亲水线的相关特性(如孔隙度、湿润性、弯曲性能等)；难于在一元结构的线基装置上真正实现高度集成的电化学分析装置。
双性电极电化学发光是双性电极电化学与化学发光相结合的一种检测方法。在双性电极电化学中，工作电极(即双性电极)不与外接电源直接接触，因此一对驱动电极可同时控制数个工作电极以实现高通量检测、靶物质富集与筛选等，这独特优势已使其在多个领域得到广泛应用，特别是近年来微流控技术与双性电极电化学发光技术相结合已得到了越来越多研究者们的关注。然而，到目前为止，双性电极电化学发光与线基微流控相结合的传感方法及装置还没有报道过。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的首要目的在于提供一种毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置，该装置的上样速度快，尤其是能够将样品均匀地分布在线基电极上。
本发明的另一目的在于提供上述的毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置的用途。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置，该装置由毛细管和图案化线电极组成；
所述的图案化线电极由线基电极和裸线区构成，它有三个以上的、由导电碳浆制成的线基电极，位居两侧的线基电极是驱动电极，驱动电极之间的线基电极是双性电极，线基电极之间的区域称为裸线区；
当有两个以上的双性电极时，这样的发光装置也称为高通量传感装置，因为其所激发的发光区域数大为提高；
用于制作电极的导电碳浆既是导电材料，又具有阻止液体流出裸线区的作用；
毛细管将图案化线电极套在其中，毛细管须套住所有的双性电极，同时不能接触驱动电极；
当图案化线电极不弯折时，所述的毛细管优选为一段透明的玻璃毛细管；
当图案化线电极发生弯折时，所述的毛细管优选由一段可弯曲的硅胶毛细管套住若干小段玻璃毛细管而组成；
弯折可以发生在双性电极处(弯折角为0°-150°)，也可以发生在裸线区处(弯折角为0°-180°)，这两者发生的发光传感称为柔性传感；
处于使用状态时，该发光装置两端的驱动电极固定在支架上，发光装置的其他部分悬空，同时通过导电胶带将驱动电极连接到电源上；
若发生柔性传感，则在支架中间固定若干疏水性细圆状棒，将弯折处固定在棒上。
上述毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用绘图软件设计图案化线电极的线基电极和裸线区尺寸，然后制成网板；
(2)取线团，剪出若干长度一致的线；将线紧密地、阵列化地固定在平滑的加工台上，并将网板紧贴在线阵列上；
(3)导电碳浆通过网板的反复涂刷网印在线上；将印有导电碳浆的线阵列在70-100℃下烘烤7-10min，使电极电阻趋于稳定，得到图案化线电极；
(4)将图案化线电极套在毛细管中，制得毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置；
步骤(1)中，绘图软件优选Adobe Illustrate CS5；
步骤(2)中所述的线优选棉线，因为其亲水性较好；
步骤(3)所述的网印次数优选17次。
上述的毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置可用于检测TPA(三丙胺)、H2O2(过氧化氢)和葡萄糖；
当用于检测TPA、H2O2和葡萄糖时，包括以下步骤：
(a)将发光装置两端的驱动电极连接到电源上，向毛细管端口滴加一定体积的测试液，数秒钟后，图案化线电极的裸线区和毛细管内会充满测试液；
(b)将支架和发光装置放进暗箱中，将装置上的双性电极阳极(与驱动电极阴极相对的就是双性电极阳极)对准CCD相机的宏观镜头，调节CCD相机的相关参数(如曝光时间，拍照间隔等)和焦距，使成像最清晰；
(c)启动CCD相机自动拍照模式；开启电源对驱动电极施加驱动电压，驱动电极之间的电势在毛细管中形成一定强度的稳定电场；在该电场作用下，双性电极与其两端处的溶液形成不同电势差，使得双性电极两端与溶液之间进行电子交换；在双性电极阳极处出现波长约为610nm的橘红色光(TPA检测)或425nm的蓝紫色光(H2O2检测)，待一定时间发光图像稳定后采集图像；
(d)采用Matlab R2012a(MathWorks company,USA)开发的图像自动处理程序软件对每张发光图进行灰度值分析；采用Origin、Excel软件进行数据分析，从而得到数据曲线；
步骤(c)中，驱动电压优选16-25V；
对于检测TPA，分别用pH值6.9(0.1M)的PBS(phophate buffer solution，磷酸盐缓冲液)配制一定梯度浓度的TPA溶液和浓度为2.0mM的Ru(bpy)3 2+溶液，然后将TPA溶液和Ru(bpy)3 2+溶液以体积比1:1混合，得到包含有Ru(bpy)3 2+和TPA的混合液作为检测TPA的测试液；
对于检测H2O2，用pH值10.5的Na2CO3/NaHCO3缓冲液配制一定梯度浓度的H2O2溶液和浓度为2.0mM的Luminol(鲁米诺)溶液，然后将H2O2溶液和Luminol溶液以体积比1:1混合，得到包含有H2O2和Luminol的混合液作为检测H2O2的测试液；
对于检测葡萄糖，其原理是葡萄糖氧化酶(GOD)法，利用葡萄糖和GOD反应产生H2O2，通过检测H2O2的浓度从而检测葡萄糖的浓度；用pH值10.5的Na2CO3/NaHCO3缓冲液配制2.0mM Luminol溶液，用pH值6.9(0.1M)的PBS配制一定梯度浓度的葡萄糖溶液，然后将Luminol溶液和葡萄糖溶液以体积比1:1混合；在检测前，双性电极阳极预固定一定量GOD，其过程为：向毛细管端口处分两次滴加一定体积GOD溶液，每次滴加间隔数分钟，然后将装置晾干后方可使用。
本发明发光装置的设计与传感原理如下：
通过丝网印刷技术在亲水棉线上图案化一个以上的双性电极与两个驱动电极，而且电极之间的裸线区依然保留着原来的亲水特性。从工程角度来讲，其亲水部分起着电极的机械连接、线上毛细引流以及便于线装置操作等作用。因此，双性电极能够很容易地镶嵌在毛细管微通道中，从而制成毛细微通道辅助线基微流控装置用于双性电极电化学发光传感。
毛细微通道的作用主要有：(1)能够使测试液均匀地分布在图案化线电极上；(2)充当一个机械支撑的作用；(3)便于上样和操作装置；(4)减少测试液受外界环境的不利影响；(5)减轻测试液的蒸发损失。
当测试液滴加到毛细微通道末端附近裸线区上时，测试液会在毛细力作用下快速、均匀地分布在毛细管微通道内部以及两边的裸线区域。随后，在驱动电极施加电压，双性电极的阳极、阴极在电场作用下同时进行着对应的氧化、还原反应，从而激发出电化学发光信号。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明首次采用丝网印刷技术在棉线上实现碳电极图案化(所制得的图案化线电极上具有一定间距的线基电极和裸线区)，使得在一元结构的线衬底上能制作形状规则、分辨率良好、且间隔可控的碳电极，该加工方法简单、快速、高效、环保、价格低廉。
2、本发明首次将毛细微通道应用到图案化碳电极的线上以制成毛细微通道辅助线基微流控装置，该集成装置的显著优点是样品上样速度快、并能够均匀地分布在图案化线电极上。
3、本发明首次在毛细微通道辅助线基微流控装置上实现双性电极电化学发光，该方法结合了双性电极电化学发光和线基微流控两种技术的各自优点，所要求的检测设备便宜、便于携带、适用于普通实验室、适用性广。
4、本发明中所涉及到的驱动电极和双性电极是碳电极，相比于传统的氧化铟锡薄膜、金等电极材料，不仅加工简单、成本低廉，而且可一次性使用。
5、本发明方法与现有的微流控芯片双性电极电化学发光相比，最明显的优势之一是线基装置具有极好的柔性，因而有潜力构建超柔性传感器；另一优势是相比于传统的玻璃、PDMS等芯片衬底材料，线衬底材料具有廉价、普遍、生物兼容性好、可生物降解等优点。
6、本发明方法与现有的三电极电化学发光相比，无需昂贵的恒电位仪、易于实现高通量检测。
7、本发明的方法操作流程简单，不需要专业人员操作；从加样到完成样品分析仅需1-2min，可实现快速、定量检测。
8、本发明方法的检测体系具有良好的稳定性、较高的检测灵敏度、较宽的检测动态范围以及易于控制等优点，能定量检测三丙胺、过氧化氢和葡萄糖，这在环境监测、食品安全检测、疾病诊断等领域有极其重要的研究意义。
附图说明
图1是图案化线电极的实物图，其中，1-驱动电极，2-双性电极，3-裸线区。
图2是线基电极电阻与网印次数的关系曲线图。
图3是本发明发光装置的示意图；其中，1-阳性驱动电极，2-毛细管，3-双性电极，4-裸线区，5-阴性驱动电极。
图4是本发明发光装置使用状态的实物图；其中，1-裸线区，2-双性电极，3-驱动电极，4-透明玻璃毛细管。
图5是在不同网印次数下有/无毛细微通道时的发光强度柱状图。
图6是发光强度随毛细微通道长度(LCMC)变化的柱状图。
图7是发光强度随驱动电压(Etot)变化的柱状图。
图8是发光强度在不同驱动电压下随发光时间变化的曲线图。
图9是发光强度随三丙胺浓度变化曲线图(内插图为数据线性拟合曲线图)。
图10是发光强度随过氧化氢浓度变化曲线图(内插图为数据线性拟合曲线图)。
图11是发光强度随葡萄糖浓度变化曲线图(内插图为数据线性拟合曲线图)。
图12是高通量传感装置中每行双性电极发光强度平均值的柱状图。
图13是发光强度随裸线区弯折角(α)变化的柱状图。
图14是发光强度随双性电极弯折角(β)变化的柱状图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用Adobe Illustrate CS5绘图软件设计图案化线电极的线基电极和裸线区尺寸，然后由广州联畅印刷器材店加工制成300目聚酯网板；
(2)取一亲水性白色棉线团(线直径约0.5mm)，用剪刀剪出16条长度为100mm线；用低粘性胶带将线阵列两端不交叉地、紧密地、间距接近地、平整地固定在平滑玻璃加工台上，并将网板紧贴在线阵列上；
(3)导电碳浆(<60Ω/square)通过在网板上多次反复涂刷印在线上(刮刀一次往返记做网印两次)；涂刷完成后，取出线两端胶带，连同印有导电碳浆的线阵列一起放在一干净支架上，并置于100℃烘箱中烘烤10min，使电极电阻趋于稳定，得到所需要的图案化线电极(如图1所示)。
从图1可以看出：本发明方法能很好地加工成16个图案化线电极，每个具有2个裸线区3(长度约12mm)、2个驱动电极1(长度约7mm)、1个双性电极2(长度约7mm)。从中可以看出：线基电极与裸线区分界线明显，线基电极尺寸几乎一致，因此加工效果良好，且能较好实现批量加工。
图2是线基电极电阻与网印次数的关系曲线图，可以看出：本制备方法制得的40mm长线基电极电阻值在网印次数较少(小于17次)时随网印次数增加而减少；电阻值的标准偏差随着网印次数增加也呈减小趋势。这种现象的可能原因是网印次数影响着印在线上的碳浆数量，从而影响着碳电极形成。然而，当网印次数大于17次时电阻值几乎保持不变，这表明印在线上的碳浆量可能达到饱和状态。因此，网印次数能够优选为17次。
(4)将透明玻璃毛细管(长度12-28mm；内径约1mm)套在图案化线电极上，毛细管的中心与双性电极的中心对齐，制得毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置(如图3-4所示)。
图3是本发明发光装置的示意图，该装置由毛细管2和图案化线电极组成；
图案化线电极由线基电极和裸线区4构成，它有三个由导电碳浆制成的线基电极，位居两侧的线基电极是阳性驱动电极1和阴性驱动电极5，驱动电极之间的线基电极是双性电极3，线基电极之间的区域称为裸线区4；
毛细管2将图案化线电极套在其中，毛细管2须套住所有的双性电极3，同时不能接触驱动电极。
图4是本发明发光装置使用状态的实物图，处于使用状态时，该发光装置两端的驱动电极3固定在支架上，发光装置的其他部分悬空，同时通过导电胶带将驱动电极3连接到电源上。
实施例2
实施例1制得的毛细微通道辅助线基微流控装置在双性电极电化学发光检测TPA中的应用，包括如下步骤：
(a)采用鳄鱼夹将毛细微通道辅助线基微流控装置的阳性驱动电极和阴性驱动电极分别连接到直流电源(型号PS-305D)的正、负极上，电源处于断开状态；
(b)用移液枪向毛细微通道端口附近滴加一定体积测试液，等待数秒钟使得驱动电极间的线和毛细管充满测试液。测试液为pH值6.9的PBS(0.1M)配制浓度为10mM TPA溶液和浓度为2.0mM的Ru(bpy)3 2+溶液以体积比1:1混合得到。
(c)接着将支架和发光装置水平放进暗箱中的载物台上，将装置上的双性电极阳极正对准CCD相机(型号MC15)的宏观镜头(型号M1614-MP)，调节CCD相关参数(曝光时间200ms，拍照间隔1s)和焦距，使成像最清晰；
(d)启动CCD自动拍照模式；接通直流电源对驱动电极施加适当大小的驱动电压(Etot)，从而在双性电极阳极处出现波长约为610nm的橘红色光，待10-20s发光图像稳定后采集图像；
(e)采用Matlab R2012a(MathWorks company,USA)开发的图像自动处理程序软件对每张发光图进行灰度值分析；用CCD像素点1300000乘以灰度值即表示整张发光图的光密度值；采用Origin、Excel等软件进行数据分析，从而得到数据曲线；对于每组数据点，实验重复8次。
以装置中图案化线电极网印次数(Tscreen)10次和17次、双性电极长度(LBPE)7mm、测试液体积(Vassay)为13μL、Etot为25V为例，验证套毛细管(长度(LCMC)为12mm)与否对发光强度的影响。
结果如图5所示：在没有毛细管辅助的情况下，发光强度接近背景值。可能的原因是不加毛细管时测试液很难覆盖在双性电极表面，从而导致双性电极表面与液体间不能形成电势差。相反，在有毛细管辅助的情况下，发光强度得到极大地增强。
此外，网印17次线基电极发光强度明显高于网印10次的发光强度，可能的原因是在线基电极导电性能上前者优于后者。基本这个事实，线基电极网印次数为17次。
实施例3
对影响实施例2中毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光强度的2个重要因素(毛细微通道长度LCMC、驱动电压Etot)进行优选
a)优选毛细微通道长度LCMC
(1)其他条件同实施例2，即Tscreen＝17、LBPE＝～7mm；Etot＝22V；Vassay＝13-17μL。
(2)设置若干实验组：毛细微通道长度LCMC设置为几个不同值(12mm，16mm，20mm，24mm，28mm)。
(3)检测和分析过程同实施例2，实验结果如图6所示。
从实验结果可以看出：发光强度随着LCMC从12mm变化到24mm时是逐渐增强的。可能的原因是在相同Etot下，较长毛细微通道能负载更多测试液，导致其内部电场强度更大，从而导致双性电极两端电势差更大；当进一步增加到28mm时，发光强度无明显增强。需要指出的是，LCMC为28mm时上样操作困难。因此，LCMC优选为24mm，可接受的范围是12-28mm。
b)优选驱动电压Etot
(1)其他条件与步骤a)相同，即Tscreen＝17、LBPE＝～7mm、LCMC＝24mm、Vassay＝17μL。
(2)设置若干实验组：驱动电压Etot设置为几个不同值(15V，16V，17V，19V，22V，25V)。
(3)检测和分析过程同实施例2，实验结果如图7-8所示。
从实验结果可以看出：发光强度随Etot从15V升高到22V时是逐渐变大的。其原因可能是Etot升高使得毛细微通道内部电场强度变大，从而导致双性电极两端电势差变大，这吻合双性电极电化学发光强度随Etot变化的理论。然而，当Etot增大为25V时，发光强度虽然增强但不稳定，原因可能是双性电极阴极端具有不利的气泡产生。此外，对于所有的Etot值，发光强度在10s内逐渐减小，而在10s后基本呈现平稳趋势，这说明双性电极表面与测试液之间的电子交换在大约10s后趋于稳定。然而，在Etot为25V时，发光在40s左右停止，这表明发光在此电压下不稳定。基于这些事实，驱动电压Etot优选为22V，可接受的范围是16-25V。
实施例4
以实施例3摸索到的优选条件利用毛细微通道辅助线基微流控装置检测TPA
(1)采用实施例3优选的一些条件即Tscreen＝17、LBPE＝～7mm、LCMC＝24mm、Etot＝22V、Vassay＝17μL。
(2)设置若干实验组：TPA浓度设置为几个不同值(0mM、0.01mM、0.05mM、0.1mM、0.2mM、0.5mM、1mM)。
(3)检测和分析过程同实施例2，实验结果如图9所示。
从实验结果可以看出：发光强度随着TPA浓度升高而增大；在TPA浓度从0mM变化到1mM时，发光强度与TPA浓度直接呈一定线性关系。
根据图9所示，TPA浓度的标准曲线是Y＝0.2950X+0.0195，R2＝0.9914。以未加TPA时的空白值加上其标准偏差三倍作为发光强度，算出本发明方法TPA的检测极限为0.00432mM。结合TPA检测整个过程(包括上样和光图像采集等)，完成检测所需时间应小于1min，具有较高的分析速度。从图9也可以看出，本发明方法可以实现较宽范围的TPA定量检测，且具有良好的线性。
实施例5
以实施例3摸索到的一些优选条件利用毛细微通道辅助线基微流控装置检测H2O2
(1)采用实施例3优选的一些条件即Tscreen＝17、LBPE＝～7mm、LCMC＝24mm、Vassay＝17μL；驱动电压设定为Etot＝16V。
(2)用pH值10.5的Na2CO3/NaHCO3缓冲液配制梯度浓度的H2O2溶液和浓度为2.0mM的Luminol溶液，然后将H2O2溶液和Luminol溶液以体积比1:1混合得到检测H2O2的测试液。
(3)设置若干实验组：H2O2浓度设置为几个不同值(0.01mM、0.02mM、0.05mM、0.1mM、0.2mM、0.5mM、1mM)。
(4)检测和分析过程类似于实施例2，实验结果如图10所示。
从实验结果可以看出：发光强度随着H2O2浓度升高而增大；在H2O2浓度从0.01mM变化到1mM时，发光强度与H2O2浓度的log10值呈一定线性关系。
根据图10所示，检测H2O2的标准曲线为Y＝0.1722X+0.4122(R2＝0.9837)，以未加H2O2时的空白值加上其标准偏差三倍作为发光强度，算出本发明方法H2O2的检测极限为0.00603mM。
实施例6
以实施例3摸索到的一些优选条件利用毛细微通道辅助线基微流控装置检测葡萄糖
(1)采用实施例3优选的一些条件即Tscreen＝17、LBPE＝～7mm、LCMC＝24mm、Vassay＝17μL；驱动电压设定为Etot＝16V。
(2)用pH值10.5的Na2CO3/NaHCO3缓冲液配制2.0mM Luminol溶液，用pH值6.9(0.1M)的PBS配制一定梯度浓度的葡萄糖溶液，然后将Luminol溶液和葡萄糖溶液以体积比1:1混合得到检测葡萄糖的测试液。
(3)设置若干实验组：葡萄糖浓度设置为几个不同值(0.025mM、0.05mM、0.1mM、0.5mM、1mM、5mM、10mM)。
(4)检测和分析过程类似于实施例2，略微不同的是：检测前双性电极阳极预固定GOD，其固定过程：在双性电极阳极端套上长度约4mm玻璃毛细管，然后向毛细管端口首先滴加4μL GOD溶液(1unit/μL)，间隔2min再次向其端口处滴加2μL酶溶液，然后将装置放置于4℃冰箱3h以上以晾干并保存备用。实验结果如图11所示。
从实验结果可以看出：发光强度随着葡萄糖浓度升高而增大。在葡萄糖浓度从0.025mM变化到10mM时，发光强度与葡萄糖浓度的log10值呈一定线性关系。
根据图11所示，检测葡萄糖的标准曲线为Y＝0.2285X+0.3906(R2＝0.9934)，以未加葡萄糖时的空白值加上其标准偏差三倍作为发光强度，算出本发明方法葡萄糖的检测极限为0.0205mM。
实施例7
利用毛细微通道辅助线基微流控装置进行高通量传感，包括如下步骤：
(a)毛细微通道辅助线基微流控装置制备方法同实施例1，其区别在于：支架适用于包含两个以上双性电极的高通量传感；能够允许3行图案化线电极(每行含3个双性电极且间隔为3mm、LBPE＝3mm)紧密、整齐地固定在其上。
(b)测试条件：Tscreen＝17；Etot＝22V；每个毛细微通道(LCMC＝24mm)的Vassay为15μL，且包埋3个双性电极；测试液为pH 6.9的PBS(0.1M)配制浓度为10mM TPA溶液和浓度为2.0mM的Ru(bpy)3 2+溶液以体积比1:1混合得到的混合溶液。
(c)检测和分析过程相同于实施例2，实验结果如图12所示。
从实验结果可以看出：每行图案化线电极上发光强度平均值在小于10％的误差允许范围内几乎不发生改变，因此本装置能够实现高通量传感。
高通量传感是指不止一个发光区域时的传感，即每个双性电极的阳极都是发光的，理论上每个双性电极阳极都应该发出类似的光(发光强度大小相似、偏差相似)。因此，彼此误差不大是此类高通量传感的重要指标。
实施例8
在毛细微通道辅助线基微流控装置上进行柔性传感
a)基于裸线区弯折的柔性传感
(1)毛细微通道辅助线基微流控装置制备方法同实施例1，其区别在于：支架适用于裸线区弯折的柔性传感，其中间特定位置处固定2根具有一定距离(约18mm)的疏水性细圆状棒(直径0.8mm)；线基装置上2个裸线区对称地在各自对应的疏水细棒处弯折。
(2)测试条件：Tscreen＝17；Etot＝22V；LCMC＝16mm；LBPE＝～7mm；Vassay＝15μL；测试液为pH值6.9的PBS(0.1M)配制浓度为10mM TPA溶液和浓度为2.0mM的Ru(bpy)3 2+溶液以体积比1:1混合得到的混合溶液。
(3)设置若干实验组：裸线区弯折角度α设置为几个不同值(0°、45°、90°、135°)。
(4)检测和分析过程相同于实施例2，实验结果如图13所示。
从实验结果可以看出：基于裸线区发生弯折时，发光强度在小于10％的误差允许范围内几乎不发生改变。这表明基于裸线区弯折不影响毛细微通道内部电场分布，因此本装置能够实现基于裸线区弯折的柔性传感。
b)基于线基双性电极弯折的柔性传感
(1)毛细微通道辅助线基微流控装置制备方法同实施例1，其区别在于：支架适用于线基双性电极弯折的柔性传感，其中间特定位置处固定1根疏水性细圆状棒；线基装置上双性电极中心处在疏水细棒处弯折；使用长度为6mm的硅胶毛细管套住两段长度为10mm的玻璃毛细管而组成毛细微通道(LCMC＝24mm)。
(2)测试条件：Tscreen＝17；LBPE＝12mm；Vassay＝17μL；测试液为pH 6.9的PBS(0.1M)配制浓度为10mM TPA溶液和浓度为2.0mM的Ru(bpy)3 2+溶液以体积比1:1混合得到的混合溶液。
(3)设置若干实验组：双性电极弯折角度β设置为三个不同值(0°、90°、150°)(对应的Etot值设置为13V、20V、13V)。
(4)检测和分析过程相同于实施例2，实验结果如图14所示。
从实验结果可以看出：在双性电极弯曲90°时施加20V驱动电压的发光强度与双性电极不作弯曲、施加13V驱动电压的发光强度基本一致；双性电极进一步弯曲到150°时，相比于双性电极不作弯曲所需的驱动电压会更小(也即施加相同的13V驱动电压时发光信号会更强)。因此，双性电极弯折角逐渐增大时，其发光强度要一致于双性电极不作弯曲的，驱动电压呈现出先增大后减小的变化趋势，表明本发明的线基双性电极能更有利于实现超柔性传感。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置，其特征在于：由毛细管和图案化线电极组成；
所述的图案化线电极由线基电极和裸线区构成，它有三个以上的、由导电碳浆制成的线基电极，位居两侧的线基电极是驱动电极，驱动电极之间的线基电极是双性电极，线基电极之间的区域称为裸线区；
毛细管将图案化线电极套在其中，毛细管须套住所有的双性电极，同时不能接触驱动电极；
所述的图案化线电极是通过丝网印刷制得。
2.根据权利要求1所述的毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置，其特征在于：当图案化线电极不弯折时，所述的毛细管为一段透明的玻璃毛细管。
3.根据权利要求1所述的毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置，其特征在于：当图案化线电极发生弯折时，所述的毛细管由一段可弯曲的硅胶毛细管套住若干小段玻璃毛细管而组成。
4.根据权利要求3所述的毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置，其特征在于：所述的弯折发生在双性电极处，或发生在裸线区处。
5.根据权利要求1所述的毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置，其特征在于：处于使用状态时，发光装置两端的驱动电极固定在支架上，发光装置的其他部分悬空，同时通过导电胶带将驱动电极连接到电源上。
6.根据权利要求5所述的毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置，其特征在于：当图案化线电极发生弯折时，则在支架中间固定若干疏水性细圆状棒，将弯折处固定在棒上。
7.权利要求1-6任一项所述毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采用绘图软件设计图案化线电极的线基电极和裸线区尺寸，然后制成网板；
(2)取线团，剪出若干长度一致的线；将线紧密地、阵列化地固定在平滑的加工台上，并将网板紧贴在线阵列上；
(3)导电碳浆通过网板的反复涂刷网印在线上；将印有导电碳浆的线阵列在70-100℃下烘烤7-10min，使电极电阻趋于稳定，得到图案化线电极；
(4)将毛细管套在图案化线电极上，制得毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置。
8.权利要求1-6任一项所述毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置在检测三丙胺、过氧化氢和葡萄糖中的应用。
9.根据权利要求8所述毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置在检测三丙胺、过氧化氢和葡萄糖中的应用，其特征在于包括以下步骤：
(a)将发光装置两端的驱动电极连接到电源上，向毛细管端口滴加一定体积的测试液，数秒钟后，图案化线电极的裸线区和毛细管内会充满测试液；
(b)将支架和发光装置放进暗箱中，将装置上的双性电极阳极对准CCD相机的宏观镜头，调节CCD相机的参数和焦距，使成像最清晰；
(c)启动CCD相机自动拍照模式；开启电源对驱动电极施加驱动电压，驱动电极之间的电势在毛细管中形成一定强度的稳定电场；在该电场作用下，双性电极与其两端处的溶液形成不同电势差，使得双性电极两端与溶液之间进行电子交换；在双性电极阳极处出现橘红色光或蓝紫色光，待一定时间发光图像稳定后采集图像；
(d)采用图像自动处理程序软件对每张发光图进行灰度值分析；采用Origin、Excel软件进行数据分析，从而得到数据曲线。
10.根据权利要求9所述毛细微通道辅助线基微流控双性电极电化学发光装置在检测三丙胺、过氧化氢和葡萄糖中的应用，其特征在于：步骤(c)中，驱动电压为16-25V。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101052468A (zh) * 2004-09-09 2007-10-10 居里研究所 采用共线电场的微流控装置
CN101221167A (zh) * 2008-01-08 2008-07-16 东南大学 一种毛细管微流控芯片
CN104198469A (zh) * 2014-09-24 2014-12-10 华南师范大学 双性电极电致化学发光纸基微流控芯片及其成像传感应用
CN104677896A (zh) * 2015-01-31 2015-06-03 太原理工大学 一种用于比色分析的纸基微流控芯片的制备及应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1409989B1 (en) * 2001-07-13 2010-04-28 Caliper Life Sciences, Inc. Method for separating components of a mixture
US20140065712A1 (en) * 2012-08-28 2014-03-06 Piramal Enterprises Limited (PEL). Rapid detection of urea in adulterated milk using thread based microfluidic system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101052468A (zh) * 2004-09-09 2007-10-10 居里研究所 采用共线电场的微流控装置
CN101221167A (zh) * 2008-01-08 2008-07-16 东南大学 一种毛细管微流控芯片
CN104198469A (zh) * 2014-09-24 2014-12-10 华南师范大学 双性电极电致化学发光纸基微流控芯片及其成像传感应用
CN104677896A (zh) * 2015-01-31 2015-06-03 太原理工大学 一种用于比色分析的纸基微流控芯片的制备及应用

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Bipolar electrochemiluminescence on thread: a new class of electroanalytical sensors";Rui Liu 等;《Biosensors and Bioelectronic》;20170815;第94卷(第15期);第335-343页
"Capillary electrophoresis electrochemical (CE-EC) detection on a novel thread-based microfluidic device with 3D sensing electrodes";Yi-Chi Wei 等;《2012 IEEE 6th International Conference on Nano/Molecular Medicine and Engineering》;20121107;第101-105页
"基于毛细管的三维微流控装置实验应用";王勇;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》;20150915(第9期);第A004-27页
"微流控芯片检测技术进展";朱睿 等;《纳米技术与精密工程》;20050331;第3卷(第1期);第74-79页

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