CN107764887A - 一种24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置，包括由上向下依次设置的滑动层、用于限定反应区域的绝缘层、基层和用于固定整个装置的支持层，所述基层与所述绝缘层固定在所述支持层上，所述滑动层与所述支持层为滑动连接，导电印刷线路汇集于基层末端与接头结合后用于连接电化学工作站；并公开了这种装置的应用。本发明优点是将传统的免疫技术与传感器技术相结合，为小分子物质恩诺沙星和三聚氰胺的痕量检测提供了一种新的快速、便捷、灵敏的检测方法，可同时实现多通道，多个样品的检测。克服了原有的检测方法中只针对单一检测物，检测时间长、仪器昂贵且操作复杂、灵敏度低、特异性差、检测范围小等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于分子检测技术领域，具体涉及一种24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置极其用于恩诺沙星与三聚氰胺的检测。
背景技术
恩诺沙星是一种广谱抗菌药，常被应用于细菌感染性疾病的治疗，恩诺沙星在动物制品如奶制品中的残留会导致人类的摄入。而过量摄入会造成神经损伤，消化系统损害与过敏性反应。
三聚氰胺本身没有任何营养，是一种非法添加剂，通常不法商贩将其添加入奶制品中以造成蛋白质高的假象。过量摄入可能会导致人体尿道癌，膀胱癌与肾衰竭。
电化学免疫传感器将电化学检测技术和免疫检测技术相结合，来监测免疫分析过程。它是以抗原抗体的特异性反应为基础，可以用来进行特异性定量或者半定量的集成器件，抗原或者抗体作为分子的识别性原件和电化学的传感性元件直接接触，然后通过传感性元件把待测的物质的浓度信号转变成响应的电信号。其能特异性识别目标物，增加了检测结果的准确性。
目前用于同时检测恩诺沙星与三聚氰胺电化学免疫传感器还没有，且现有的用于实际检测的传感器灵敏度不高，在通道电化学检测中的电极准备过程与检测过程中，很容易产生污染和串道现象。
发明内容
本发明公开了一种24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置，包括由上向下依次设置的滑动层、用于限定反应区域的绝缘层、基层和用于固定整个装置的支持层，所述基层与所述绝缘层固定在所述支持层上，所述滑动层与所述支持层为滑动连接，导电印刷线路汇集于基层末端与接头结合后用于连接电化学工作站；所述基层印刷有24位点工作电极与电路，所述滑动层上交叉排列了圆形镂空结构和矩形镂空结构，通过所述滑动层的滑动，滑动层能与基层形成圆形和矩形流体微反应池；所述基层设有对电极与参比电极和工作电极，每两个所述工作电极公用一组对电极与参比电极并构成一个检测单元，所述支持层的两端均设有限位台阶。
对电极，参比电极用于和工作电极共同构成三电极体系，三电极体系可保证电化学检测的准确性，是电化学检测中常用的检测体系。
进一步，本装置平面尺寸为6.5cm×9.0cm，工作电极直径为2.5mm，单一检测单元对应的矩形流体微反应池尺寸为0.5cm×1.5cm。
本发明依托自制的24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置，将氨基功能化的石墨烯材料用于增强电信号的同时利用材料表面大量的氨基来实现包被原的有效固定，从而增加检测方法的灵敏度及扩大检测范围。合成Au@Pt介孔纳米枝晶材料用于催化反应溶液，产生电信号。通过改变目标物的浓度，产生不同的免疫抑制效果，从而导致Au@Pt介孔纳米枝晶材料标记抗体引发的电化学信号不同，从而达到同时对两种目标物的定量检测。
原理：在固定了Au@Pt与包被原的比例，Au@Pt介孔纳米枝晶材料标记包被原的浓度、抗体的稀释倍数以及孵育时间，改变目标物的浓度，包被原对目标物与抗体连接的抑制作用不同，从而产生的电化学信号不同，实现对目标物的定量检测。随着目标物浓度的增大，与包被原结合的Au@Pt标记的抗体的量会相应减少，从而导致催化能力的减弱，产生的电信号会有所降低。
本发明依托自制的24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置用于检测恩诺沙星和三聚氰胺。具体检测方法为：
(1)制备24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置；
(2)介孔纳米枝晶Au@Pt的制备
将20mM的1.5mL四氯铂酸钾老化24h，然后将0.794mM普郎尼克F-127溶于老化后的溶液中，然后将20mM的0.5mL氯金酸溶液与100mM抗坏血酸溶液加入上述溶液并在室温下超声1h，得到产物通过离心分离出，并用超纯水多次洗涤，离心，离心所得产物干燥后保存；
(3)氨基功能化石墨烯的修饰电极的制备
将24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置的滑动层推至顶端，只有工作电极暴露于与之相同大小的圆形微槽中，向微槽滴加氨基功能化石墨烯的乙醇浆状修饰液对工作电极进行修饰，将氨基功能化的石墨烯均匀涂覆于微阵列的工作电极表面并于100℃热处理1h以加强石墨烯材料与电极间的吸附作用；
(4)包被原的自组装
将滑动层推至顶端，只有工作电极暴露于与之相同大小的圆形微槽中，向微槽滴加包被原稀释液对工作电极进行修饰，将氨基化石墨烯修饰的每个检测单元内两个工作电极表面分别滴涂上0.0025μg-0.0625μg的恩诺沙星包被原和0.025μg-0.125μg的三聚氰胺包被原，孵育60min以确保有效连接，然后用5μL浓度为1％的BSA封闭工作电极表面未结合位点30min，冲掉多余的溶液，将修饰好的电极备用；
(5)检测方法：
处于检测状态时，将滑动层拉下，使每个检测单元暴露于一个矩形微槽中，通过加入苯酚与双氧水共体系检测液同时检测两种目标物，一个检测单元中的两个工作电极分别用于恩诺沙星与三聚氰胺的检测，将分别稀释100倍和20倍的Au@Pt标记的恩诺沙星和三聚氰胺的抗体，与不同浓度的目标物恩诺沙星和三聚氰胺标准溶液分别等体积混合，取10μL混合液，均匀滴涂在制备好的工作电极表面，待电极表面的抗体与包被原孵育60min，此时，包被原与抗体的结合量达到最大值，用PBS冲洗未结合的溶液，之后，在检测微槽中加入200μL含双氧水和苯酚的pH为7.4的PBS溶液中进行差分脉冲检测，电位范围为-0.3-0.5v；
(6)恩诺沙星与三聚氰胺含量的测定
根据包被原对Au@Pt标记的抗体与目标物的免疫抑制作用，通过改变目标物的浓度，产生不同的抑制效果，从而产生的电化学信号不同，实现对目标物的定量检测。随着目标物浓度的增大，与包被原结合的Au@Pt标记的抗体的量会相应减少，从而导致在苯酚-双氧水体系的催化能力减弱，产生的电信号会有所降低。
检测过程通过差分脉冲伏安法实现。差分脉冲的响应值分别与恩诺沙星，三聚氰胺在0.1ng mL-1-500ng mL-1与0.1ng mL-1-1000ng mL-1呈良好的线性关系，恩诺沙星标准曲线：I(μA)＝6.51268-0.5163lgC(ng mL-1)，斜率为0.5163，相关系数R2为0.9952，最低检出限为18.97pg mL-1；三聚氰胺标准曲线：I(μA)＝6.48693-0.3911lgC(ng mL-1)，斜率为0.3911，相关系数R2为0.9969，最低检出限为26.80pg mL-1。
本发明优点是：本发明依托24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置将氨基功能化的石墨烯材料用于增强电信号的同时，利用其表面大量的氨基来实现包被原的有效固定，从而增加检测方法的灵敏度及扩大检测范围。合成的Au@Pt介孔纳米枝晶材料具有良好的催化作用，起到信号引发的作用。采用苯酚-双氧水体系，通过改变目标物的浓度，产生不同的抑制效果，从而导致Au@Pt介孔纳米枝晶材料标记抗体引发的电化学信号不同，实现更准确的对小分子目标物的定量检测。该方法克服了其他原有方法检测时间长、仪器昂贵且操作复杂、灵敏度低、特异性差、检测范围小等技术问题。
附图说明
图1本发明的24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置示意图。
图2是本发明24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置的基层平面示意图；
图3a、3b是本发明24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置使用过程的示意图；
图4a和4b本发明的恩诺沙星标准曲线和三聚氰胺标准曲线；
图5a和5b本发明的稳定性与可重复性分析。
图中：1.滑动层，2.绝缘层，3.基层，4.支持层，11.矩形镂空结构，12.圆形镂空结构，41.限位台阶，5.工作电极，6.对电极，7.参比电极，8.印刷电路接口，9.矩形微槽，10.圆形微槽。
具体实施方式
实施例1
(1)24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置设计与制作
如图1所示，一种24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置，共由滑动层1，绝缘层2，基层3和支持层4四部分组成，基层与滑动层构成双层滑动结构。导电印刷线路汇集于基层末端的印刷电路接口8与接头结合后用于连接电化学工作站。支持层4用于固定整个装置和控制滑动幅度。绝缘层2用于限定反应区域。
其基层3印刷有24位点工作电极与集成电路，滑动层上交叉排列了圆形镂空结构12和矩形镂空结构11，通过上下滑动，滑动层可与基层形成圆形和矩形流体微反应池。该阵列装置中每两个工作电极5公用一组对电极6与参比电极7并构成一个检测单元。当处于电极修饰和准备过程，将滑动层推至顶端，此时只有工作电极暴露于与之相同大小的圆形微槽10中，向圆形微槽滴加修饰液可对电极进行修饰；当处于检测状态时，将滑动层拉下，使每个检测单元暴露于一个矩形微槽9中，通过加入检测液达到24个通道电极同时检测目的。
装置平面尺寸为6.5cm×9.0cm，工作电极直径为2.5mm，单一检测单元对应的矩形微反应池尺寸为0.5cm×1.5cm。
(2)介孔纳米枝晶Au@Pt的制备
将20mM的1.5mL四氯铂酸钾老化24h，然后将0.794mM普郎尼克F-127溶于老化后的溶液中，然后将20mM的0.5mL氯金酸溶液与100mM抗坏血酸溶液加入上述溶液并在室温下超声1h，得到产物通过离心分离出，并用超纯水多次洗涤，离心，离心所得产物干燥后保存；
(3)氨基功能化石墨烯的修饰电极的制备
将24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置的滑动层推至顶端，只有工作电极暴露于与之相同大小的圆形微槽中，向微槽滴加氨基功能化石墨烯的乙醇浆状修饰液对工作电极进行修饰，将氨基功能化的石墨烯均匀涂覆于微阵列的工作电极表面并于100℃热处理1h以加强石墨烯材料与电极间的吸附作用；
(4)包被原的自组装
将滑动层推至顶端，只有工作电极暴露于与之相同大小的圆形微槽中，向微槽滴加包被原稀释液对工作电极进行修饰，将氨基化石墨烯修饰的每个检测单元内两个工作电极表面分别滴涂上0.0025μg-0.0625μg的恩诺沙星包被原和0.025μg-0.125μg的三聚氰胺包被原，孵育60min以确保有效连接，然后用5μL浓度为1％的BSA封闭工作电极表面未结合位点30min，冲掉多余的溶液，将修饰好的电极备用；
(5)检测方法：
处于检测状态时，将滑动层拉下，使每个检测单元暴露于一个矩形微槽中，通过加入苯酚与双氧水共体系检测液同时检测两种目标物，一个检测单元中的两个工作电极分别用于恩诺沙星与三聚氰胺的检测，将分别稀释100倍和20倍的Au@Pt标记的恩诺沙星和三聚氰胺的抗体，与不同浓度的目标物恩诺沙星和三聚氰胺标准溶液分别等体积混合，取10μL混合液，均匀滴涂在制备好的工作电极表面，待电极表面的抗体与包被原孵育60min，此时，包被原与抗体的结合量达到最大值，用PBS冲洗未结合的溶液，之后，在检测微槽中加入200μL含双氧水和苯酚的pH为7.4的PBS溶液中进行差分脉冲检测，电位范围为-0.3-0.5v；
(6)恩诺沙星与三聚氰胺含量的测定
根据包被原对Au@Pt标记的抗体与目标物的免疫抑制作用，通过改变目标物的浓度，产生不同的抑制效果，从而产生的电化学信号不同，实现对目标物的定量检测。随着目标物浓度的增大，与包被原结合的Au@Pt标记的抗体的量会相应减少，从而导致在苯酚-双氧水体系的催化能力减弱，产生的电信号会有所降低。
检测过程通过差分脉冲伏安法实现。差分脉冲的响应值分别与恩诺沙星，三聚氰胺在0.1ng mL-1-500ng mL-1与0.1ng mL-1-1000ng mL-1呈良好的线性关系，恩诺沙星标准曲线：I(μA)＝6.51268-0.5163lgC(ng mL-1)，斜率为0.5163，相关系数R2为0.9952，最低检出限为18.97pg mL-1；三聚氰胺标准曲线：I(μA)＝6.48693-0.3911lgC(ng mL-1)，斜率为0.3911，相关系数R2为0.9969，最低检出限为26.80pg mL-1。
实施例2
实际样品中恩诺沙星与三聚氰胺含量的测定：
利用本发明的24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置和石墨烯材料修饰的工作电极，利用免疫抑制法对实际样品(全脂牛奶、脱脂奶粉、婴幼儿奶粉)中的恩诺沙星与三聚氰胺进行了分析测定，采用标准加入法进行加标回收实验。选用CHI型电化学工作站系统中的差分脉冲法进行检测，差分脉冲法的扫描范围为-0.3-0.5v。平行测定三次，读取电流响应值并计算平均值，带入标准曲线公式，计算出相应浓度。得到回收率分别为90.18％-100.76％和91.34％-108.81％，说明利用本发明的24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置，石墨烯修饰丝网印刷电极和用于信号引发介孔纳米枝晶Au@Pt的抑制型电化学免疫传感器在样品检测中具有较高的准确度。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置，其特征在于：包括由上向下依次设置的滑动层、用于限定反应区域的绝缘层、基层和用于固定整个装置的支持层，所述基层与所述绝缘层固定在所述支持层上，所述滑动层与所述支持层为滑动连接，导电印刷线路汇集于基层末端与接头结合后用于连接电化学工作站；所述基层印刷有24位点工作电极与电路，所述滑动层上交叉排列了圆形镂空结构和矩形镂空结构，通过所述滑动层的滑动，滑动层能与基层形成圆形和矩形流体微反应池；所述基层设有对电极与参比电极和工作电极，每两个所述工作电极公用一组对电极与参比电极并构成一个检测单元，所述支持层的两端均设有限位台阶。
2.根据权利要求1所述的一种24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置，其特征在于：24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置平面尺寸为6.5cm×9.0cm，工作电极直径为2.5mm，单一检测单元对应的矩形流体微反应池尺寸为0.5cm×1.5cm，。
3.权利要求1所述一种24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置的应用，其特征在于，用于检测恩诺沙星与三聚氰胺。
4.权利要求3所述的一种24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置的应用，其特征在于，用于检测恩诺沙星与三聚氰胺，具体步骤如下：
(1)选用权利要求1所述24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置
(2)介孔纳米枝晶Au@Pt的制备
将20mM的1.5mL四氯铂酸钾老化24h，然后将0.794mM普郎尼克F-127溶于老化后的溶液中，然后将20mM的0.5mL氯金酸溶液与100mM抗坏血酸溶液加入上述溶液并在室温下超声1h，得到产物通过离心分离出，并用超纯水多次洗涤，离心，离心所得产物干燥后保存；
(3)氨基功能化石墨烯的修饰电极的制备
将24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置的滑动层推至顶端，只有工作电极暴露于与之相同大小的圆形微槽中，向微槽滴加氨基功能化石墨烯的乙醇浆状修饰液对工作电极进行修饰，将氨基功能化的石墨烯均匀涂覆于微阵列的工作电极表面并于100℃热处理1h以加强石墨烯材料与电极间的吸附作用；
(4)包被原的自组装
将滑动层推至顶端，只有工作电极暴露于与之相同大小的圆形微槽中，向微槽滴加包被原稀释液对工作电极进行修饰，将氨基化石墨烯修饰的每个检测单元内两个工作电极表面分别滴涂上0.0025μg-0.0625μg的恩诺沙星包被原和0.025μg-0.125μg的三聚氰胺包被原，孵育60min以确保有效连接，然后用5μL浓度为1％的BSA封闭工作电极表面未结合位点30min，冲掉多余的溶液，将修饰好的电极备用；
(5)检测方法：
处于检测状态时，将滑动层拉下，使每个检测单元暴露于一个矩形微槽中，通过加入苯酚与双氧水共体系检测液同时检测两种目标物，一个检测单元中的两个工作电极分别用于恩诺沙星与三聚氰胺的检测，将分别稀释100倍和20倍的Au@Pt标记的恩诺沙星和三聚氰胺的抗体，与不同浓度的目标物恩诺沙星和三聚氰胺标准溶液分别等体积混合，取10μL混合液，均匀滴涂在制备好的工作电极表面，待电极表面的抗体与包被原孵育60min，此时，包被原与抗体的结合量达到最大值，用PBS冲洗未结合的溶液，之后，在检测微槽中加入200μL含双氧水和苯酚的pH为7.4的PBS溶液中进行差分脉冲检测，电位范围为-0.3-0.5v；
(6)恩诺沙星与三聚氰胺含量的测定
检测过程通过差分脉冲伏安法实现。
5.根据权利要求4所述的一种24位点微阵列丝网印刷电化学传感装置应用，其特征在于，步骤4中恩诺沙星包被原包被量为0.025μg，三聚氰胺包被原包被量为0.075μg，Au@Pt标记的恩诺沙星抗体稀释倍数100倍，三聚氰胺的抗体稀释20倍。
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