CN107192858A - 与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型的与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置，示意图如图1所示。由计算机1、双恒电位仪2、压电晶体控制器3、三维压电晶体4、光电倍增管检测系统5、光电倍增管检测器6、检测池7、探针8、参比电极9、对电极10和被测基底样品11组成。其中探针8、参比电极9、对电极10和被测基底样品11组成四电极检测系统。双恒电位仪2用于在探针8和被测基底样品11之间施加电化学激励信号，光电倍增管检测器6检测电化学发光信号的同时双恒电位仪2检测探针8上的电流信号，结合三维压电晶体4纳米级别的位移分辨率来实现超高分辨率的电化学发光信号成像检测和电化学电流信号成像检测。该成像系统的成像分辨率取决于探针电极的尺度及探针的空间位移分辨率，因此可以突破以往光学成像分辨率的限制，实现纳米级别的成像分辨率。

Description

与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置

技术领域

本发明涉及一种新型的与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置。

背景技术

扫描电化学显微镜(Scanning Electrochemical Microscopy, SECM)是显微镜的一种。基于电化学原理工作，可测量微区内物质氧化或还原所给出的电化学电流。利用驱动尖端非常小的探针在靠近样品处进行扫描，样品可以是导体、绝缘体或半导体，从而获得对应的微区电化学和相关信息，目前可达到的最高分辨率约为几十纳米。

目前大量的实验结果已经证实SECM技术不仅可以实现高分辨成像，还可以研究基底反应动力学，甚至可以进行电极界面反应速率成像和单个纳米粒子电催化研究、分辨物质表面活化位点等，此外也还能对材料进行微加工处理。近年来，SECM开始拓展应用到生物体系研究中，如细胞成像、细胞摄取营养物质和释放代谢物的实时研究和细胞表面超氧离子研究等等，为研究细胞的生命活动探索提供了一种非常有效的技术手段。

尽管SECM在高分辨细胞成像和细胞释放物质研究方面取得了重大进展，但是对于目前生命活动的研究仍然面临下面两个重大难点：

（1）缺乏对细胞特定部位标记；

（2）细胞体系研究仍然比较窄，主要集中在细胞外电活性物种检测，缺乏选择和识别能力，对于表面物质（如抗体抗原）以及非电活性的物质检测等等也无能为力。

电化学发光是在电极上施加一定的电压使电极反应产物之间或电极反应产物与溶液中某组分之间进行化学反应而产生的一种光辐射。电化学发光法兼有电化学和化学发光法的双重优点，具有灵敏度高、较低的检测限、较宽的线性范围、仪器设备简单、操作方便、易于实现自动化等优点；相对于荧光法，无光漂白，不需要光源和分光系统；相对于化学发光，具有可控性强的优点；相对于电化学检测，具有检测限低和受电极污染影响小的优点。

虽然SECM成像技术已被广泛应用到化学、物理和生物等多个领域，但是至今为止仍缺乏一种能够同时检测电化学发光强度的高分辨电化学显微成像装置，这种成像装置对于现代生物学研究热点，细胞成像及其生命活动信息探测具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种新型的与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置。

本发明提供的新型的与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置示意图如图1所示，由计算机1、双恒电位仪2、压电晶体控制器3、三维压电晶体4、光电倍增管检测系统5、光电倍增管检测器6、检测池7、探针8、参比电极9、对电极10和被测基底样品11组成。其中探针8、参比电极9、对电极10和被测基底样品11组成四电极检测系统。

双恒电位仪2用于在探针8和被测基底样品11之间施加电化学激励信号，光电倍增管检测器6检测电化学发光信号的同时双恒电位仪2检测探针8上的电流信号，结合三维压电晶体4纳米级别的位移分辨率来实现超高分辨率的电化学发光信号成像检测和电化学电流信号成像检测。该成像系统的成像分辨率取决于探针电极的尺度及探针的空间位移分辨率，因此可以突破以往光学成像分辨率的限制，实现纳米级别的成像分辨率。

计算机1上运行的控制软件用于协调控制电化学激励信号、电化学发光检测信号、电化学电流检测信号和位移控制信号之间的同步，并实现数据存储、处理、图像重构等功能。压电晶体控制器3对三维压电晶体4进行闭环控制，这样可以消除压电晶体的非线性、迟滞性和蠕变性，保证三维压电晶体4的位移精度及位移分辨率。被测基底样品11的基底是ITO玻璃，这样电化学发光信号可以透过ITO照到光电倍增管检测器6上。光电倍增管检测系统5对光电倍增管检测器6施加高电压并检测光电倍增管检测器6输出的电流信号，光电倍增管检测系统5输出的电压可以调节，电压越高光电倍增管检测器6的灵敏度越高。检测池7与被测基底样品11之间有密封胶圈，这样可以保证溶液的密封性。

本发明的特点和有益的效果是：实现电化学电流信号和电化学发光信号两个信号同时成像，极大地提高了目前电化学发光成像的图像分辨率；不需要单分子定位直接利用精确地扫描探头移动定位；不需要在基底细胞上施加电压，电压施加到探头上，避免了对细胞活体的刺激；实现纳米级别甚至单分子级别的发光强度检测，可以进一步增强电化学发光信号的检测能力。

附图说明

图1是与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置示意图。

具体实施方式

实施例 1

本发明提供的与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置示意图如图1所示，由计算机1、双恒电位仪2、压电晶体控制器3、三维压电晶体4、光电倍增管检测系统5、光电倍增管检测器6、检测池7、探针8、参比电极9、对电极10和被测基底样品11组成。其中探针8、参比电极9、对电极10和被测基底样品11组成四电极检测系统。

其中计算机1上运行的控制软件用于协调控制电化学激励信号、电化学发光检测信号、电化学电流检测信号和位移控制信号之间的同步，并实现数据存储、处理、图像重构等功能。双恒电位仪2用于在探针8和被测基底样品11之间施加电化学激励信号并检测探针8上的电流信号。压电晶体控制器3对三维压电晶体4进行闭环控制，这样可以消除压电晶体的非线性、迟滞性和蠕变性，保证三维压电晶体4的位移精度及位移分辨率。被测基底样品11的基底是ITO玻璃，这样电化学发光信号可以透过ITO照到光电倍增管检测器6上。光电倍增管检测系统5对光电倍增管检测器6施加高电压并检测光电倍增管检测器6输出的电流信号，光电倍增管检测系统5输出的电压可以调节，电压越高光电倍增管检测器6的灵敏度越高。检测池7与被测基底样品11之间有密封胶圈，这样可以保证溶液的密封性。

实验开始前由计算机1通过压电晶体控制器3驱动三维压电晶体4使探针8移动到距离被测基底样品11比较近的位置，位置的远近可由双恒电位仪2检测到的探针8上的电流大小来控制。实验时首先由计算机1控制双恒电位仪2在探针8和被测基底样品11之间施加电化学激励信号，然后光电倍增管检测器6检测电化学发光信号的同时双恒电位仪2检测探针8上的电流信号，接着计算机1通过压电晶体控制器3驱动三维压电晶体4使探针8移动到下一个检测位置重复同样的检测，直到所有检测位置都检测完毕，最后把检测到的电化学发光信号和电化学电流信号与对应的二维位置信息进行作图，就得到了被测基底样品11的高分辨率电化学发光成像检测结果和电化学电流成像检测结果。

Claims (7)

1.一种新型的与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置，示意图如图1所示，由计算机1、双恒电位仪2、压电晶体控制器3、三维压电晶体4、光电倍增管检测系统5、光电倍增管检测器6、检测池7、探针8、参比电极9、对电极10和被测基底样品11组成，其中探针8、参比电极9、对电极10和被测基底样品11组成四电极检测系统。

2.根据权利要求1所述的新型的与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置，其特征是由双恒电位仪2用于在探针8和被测基底样品11之间施加电化学激励信号，光电倍增管检测器6检测电化学发光信号的同时双恒电位仪2检测探针8上的电流信号，结合三维压电晶体4纳米级别的位移分辨率可以实现超高分辨率的电化学发光信号成像检测和电化学电流信号成像检测。

3.根据权利要求1所述的新型的与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置，其特征是该成像测量装置的成像分辨率取决于探针电极的尺度及探针的空间位移分辨率，因此可以突破以往光学成像分辨率的限制，实现纳米级别的成像分辨率。

4.根据权利要求1所述的新型的与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置，其特征是计算机1上运行的控制软件用于协调控制电化学激励信号、电化学发光检测信号、电化学电流检测信号和位移控制信号之间的同步，并实现数据存储、处理、图像重构等功能。

5.根据权利要求1所述的新型的与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置，其特征是压电晶体控制器3对三维压电晶体4进行闭环控制，这样可以消除压电晶体的非线性、迟滞性和蠕变性，保证三维压电晶体4的位移精度及位移分辨率。

6.根据权利要求1所述的新型的与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置，其特征是被测基底样品11的基底是ITO玻璃，这样电化学发光信号可以透过ITO照到光电倍增管检测器6上。

7.根据权利要求1所述的新型的与电化学发光同时测量的超分辨电化学成像测量装置，其特征是检测池7与被测基底样品11之间有密封胶圈，这样可以保证溶液的密封性。