CN108956591A

CN108956591A - 一种可控冲洗三维纸芯片分析装置的制备

Info

Publication number: CN108956591A
Application number: CN201810505695.7A
Authority: CN
Inventors: 孔庆坤; 崔康; 张彦; 王衍虎; 于京华; 刘悦
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2018-12-07

Abstract

本发明公开了一种可控冲洗三维纸芯片分析装置的制备方法。利用蜡打印技术在纸上制备疏水区域和亲水区域，并借助丝网印刷技术，印制三电极。通过手动控制纸芯片的抽取方式修饰和清洗纸芯片的工作区域，并且利用比色和光电化学的技术以实现对腺苷的可视化预判。利用DNA链的特异性识别功能和金修饰的二氧化铈的催化功能，借助电化学工作站可以实现对待测物的超灵敏检测。

Description

一种可控冲洗三维纸芯片分析装置的制备

技术领域

本发明涉及一种可控冲洗三维纸芯片的制备方法，更具体地说是一种多功能三维折叠纸芯片光致电化学和比色分析平台的构建。

背景技术

自从2007年首次提出了“基于纸张的微流控装置”或“纸芯片实验室”，科学家根据需要在反应区修饰相应的材料，并与相应的检测手段相结合，将其应用于不同浓度单一组分或多组分的同时检测。样品及反应溶液主要通过纸上纤维素毛细作用力来驱动，实现进样、反应及检测等一系列操作都集成到纸芯片。纸芯片分析是一种快速、简便、试剂消耗量小、高灵敏度检测的新型方法。在近些年的发展中，纸芯片分析装置的修饰和冲洗成为一项重要问题，为了更便于操作和利用纸芯片的性能，我们制作了一种手动控制修饰和冲洗的三维的纸芯片装置。

光电化学作为一种重要的技术被广泛应用于各个领域。光电化学过程指的是光敏材料在光照作用下所发生的经由电子激发及电荷转移的光电转换过程。随着纳米技术和材料化学的快速发展，在光电化学过程与电化学生物传感器的结合的基础上发展出了新型光电化学检测方法。近年来，以纸芯片为基础的光电化学检测发展迅速，这种类型的纸芯片具有成本低、便携、灵敏度高的优点，可以实现精确分析多个目标物。

在最近几年比色技术不断应用到分析化学中，主要原理是分析物通过一定方式促进物质从无色变化到有色，通过观察颜色的强度检测物质的浓度。因此，可以用比较溶液颜色深浅的方法来测定有色溶液的浓度。比色分析方法吸引了许多科研人员的目光，因为这种方法不需要大型昂贵的仪器来检测，而且还具有简单、高效、快速检测的优点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下措施来实现的：一种手动可控冲洗三维纸芯片分析装置的制备，其特征是包括以下步骤：

（1）在计算机上利用AI软件设计如附图1所示的光电化学纸芯片的疏水蜡批量打印图案；

（2）将纸芯片剪裁成A4大小的纸，利用蜡打印机将步骤（1）中设计的疏水蜡批量打印图案打印到A4纸上，随后将其放置到烘箱中加热直至蜡融化并浸透整个纸的厚度，形成疏水区域；

（3）采用丝网印刷的方法，将工作电极、参比电极、对电极印刷图案依次印刷到步骤（2）中所得纸上，并利用激光切割技术切割纸芯片，样式如附图2所示；

（4）对步骤（3）中第四层纸芯片工作区域进行功能化，先滴加适量的还原石墨烯在第四层的亲水区域，配置45~50 mM浓度乙酸锌种子溶液，多次滴加在亲水性区域，配置0.74 g六水硝酸锌, 0.35 g 六次甲基四胺和0.032 g 二水草酸水溶液，搅拌30~60 min，将带有种子溶液的纸芯片放入带有生长液的50 mL高压釜中，将高压釜放入90゜C烘箱中2~4 h，反应完成后冷却到室温，取出纸芯片冲洗多次，30 μL 硫化镉量子点溶液滴加到工作区域；

(5) 对步骤（4）的纳米材料再进行功能化，将纸芯片按照附图3的形式折叠,再按照附图4的形式使得第五层纸的红色标线和第四层纸的底边对齐，这样可以保证第四层的中空区域使和第五层纸的蜡打印区域对齐，将10 μL 2 μmol/L单链DNA（ssDNA）修饰到工作区域，按照附图5的形式再将第五层纸芯片的黑色标线通过抽取的方式与第四层纸芯片的底边对齐，使得第四层纸芯片的中空区域与第五层纸芯片的亲水性区域对齐，加入20~30 μL的PBS缓冲溶液冲洗纸芯片，大量的缓冲溶液通过纸的亲水作用流动到第六层纸芯片；取适量的捕捉DNA修饰的金和二氧化铈复合物（capture DNA/Au@CeO₂ NPs）滴加在工作区域，按照上述同样的方式进行冲洗和洗涤操作；

（6）在步骤（5）的基础上，配置一定浓度腺苷溶液，将腺苷溶液滴加在工作区域，将纸芯片按照附图6的形式将第三层纸芯片抽取出来，capture DNA/Au@CeO₂ NP会通过第二层的亲水通道流动到圆形的亲水区域，在第一层纸芯片加入10~20 μL 0.01 mol/L 3,3’,5,5’-四甲基联苯胺，10~20 μL 0.5 mol/L H₂O₂, 10~20 μL pH=4.5 乙酸溶液，第一层纸芯片亲水区域会展现出不同深度的颜色，接着将纸芯片按照图7的形式第五层纸芯片抽取出来，在可见光的照射下检测电流强度；

（7）分别绘制光电流强度与腺苷浓度的标准曲线，完成腺苷的测定。

本发明的有益效果

1采用此光电化学分析装置检测目标物可以极大地降低背景信号，提高检测的灵敏度。

2纸芯片装置具有光电、比色、修饰、冲洗一体化的功能。

3 冲洗装置可以简单、高效清洗没被修饰的物质、

4 功能化纸芯片具有识别位点多，批量检测目标物的功能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步详细描述

图1是可控冲洗三维纸芯片的疏水蜡批量打印图案。

图2是疏水蜡打印图案上丝网印刷上工作电极、参比电极和对电极。

图3是可控冲洗三维纸芯片折叠方式。

图4是可控冲洗三维纸芯片修饰目标分子折叠示意图。

图5是可控冲洗三维纸芯片清洗目标分子折叠示意图。

图6是可控冲洗三维纸芯片比色折叠示意图。

图7是可控冲洗三维纸芯片光之电化学分析折叠示意图。

具体实施方式

实施例一可控冲洗三维纸芯片分析装置的制备和应用：

（1）在计算机上利用AI软件设计如附图1所示的手动控制冲洗三维纸芯片的疏水蜡批量打印图案；

（3）采用丝网印刷的方法，将工作电极、参比电极、对电极印刷图案依次印刷到步骤（2）中所得纸上，样式如附图2所示，其中第四层为工作区上面印有工作电极，第七层纸芯片印上参比电极和对电极

（4）对步骤（3）中第四层纸芯片工作区域进行氧化锌/硫化镉量子点敏化材料修饰，具体步骤为：先将20 μL 0.1 M浓度的还原氧化石墨烯溶液滴在亲水性区域，配置40 mM浓度乙酸锌种子溶液，七次滴加在亲水性区域，并在120 ^oC烘箱里干燥；配置0.74 g六水硝酸锌, 0.35 g六次甲基四胺和0.032 g 二水草酸生长液，搅拌30 min；将带有种子溶液的纸芯片放入带有生长液的50 mL高压釜中，将高压釜放入90゜C烘箱中2h，反应完成后冷却到室温，取出纸芯片冲洗四次，30 μL 硫化镉量子点溶液滴加到工作区域，放入40゜C烘箱中干燥；

（5）在步骤（4）基础上，预先将纸芯片按照附图3的形式折叠，再按照附图4的形式使得第五层纸的红色标线和第四层纸的底边对齐，这样可以保证第四层的中空区域使和第五层纸的蜡打印区域对齐，将10 μL 2 μmol/L ssDNA修饰到工作区域，按照附图5的形式再将第五层纸芯片的黑色标线通过抽取的方式与第四层纸芯片的底边对齐，使得第四层纸芯片的中空区域与第五层纸芯片的亲水性区域对齐，加入30 μL的磷酸盐缓冲溶液冲洗纸芯片，大量的缓冲溶液通过纸的亲水作用流动到第六层纸芯片；取20 μL capture DNA/Au@CeO₂NPs滴加在工作区域，具体步骤为：配置0.217 g六水硝酸铈，0.0076十二水磷酸钠溶于20mL二次水溶液中，将溶液倒入25 mL高压釜中，在190 ^oC烘箱中反应20 h，将反应后的白色沉淀离心清洗7次获得二氧化铈纳米粒子；取0.2 g二氧化铈分散在2 mL 1%牛血清白蛋白溶液中，搅拌4 h，通过离心分离获得沉淀，将沉淀分散在1 mL 金纳米粒子溶液中，搅拌 12h，离心分离并重新分散在2 mL 0.1 M，pH=7.4磷酸盐缓冲溶液中；按照上述同样的方式在第四层纸芯片上进行冲洗和洗涤操作；

（6）在步骤（5）的基础上，配置一定浓度腺苷溶液，将腺苷溶液滴加在工作区域，将第三层纸芯片抽取出来，capture DNA/Au@CeO₂ NP会通过第二层的亲水通道流动到圆形的亲水区域，在第一层加入10 μL 3,3’,5,5’-四甲基联苯胺，10 μL H₂O₂, 10 μL pH=4.5 乙酸溶液，第一层的纸芯片亲水区域会展现出不同程度的颜色，将第五层纸芯片抽取出来，用可见光波长照射，检测光电强度；

（7）分别绘制光电流强度、灰度与腺苷浓度的标准曲线，完成腺苷的测定。

序列表

<110> 济南大学

<120> 一种可控冲洗三维纸芯片分析装置的制备

<130> 2018

<160> 2

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 22

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 1

cccaggttct cttttttttt tt 22

<210> 2

<211> 32

<212> DNA

<213> 人工序列(Artificial Sequence)

<400> 2

agagaacctg ggggagtatt gcggaggaag gt 32

Claims

1.一种可控冲洗三维纸芯片分析装置制备，其特征是包括以下步骤：

（1）在计算机上利用AI软件设计光电化学纸芯片的疏水蜡批量打印图案；

（3）采用丝网印刷的方法，将工作电极、参比电极、对电极印刷图案依次印刷到步骤（2）中所得纸上。

2.（4）对步骤（3）中工作区域进行功能化，配置45~50 mM浓度乙酸锌种子溶液，多次滴加在亲水性区域，配置0.74~0.9 g 六水硝酸锌, 0.35~0.6 g 六次甲基四胺和0.032~0.06g 二水草酸水溶液，搅拌30~60 min，将带有种子溶液的纸芯片放入带有生长液的50 mL高压釜中，将高压釜放入90゜C烘箱中2~4 h，反应完成后冷却到室温，取出纸芯片冲洗多次，30μL 硫化镉量子点溶液滴加到工作区域；

(5) 对步骤（4）的纳米材料再进行功能化，将10 μL 2 μmol/L单链DNA（ssDNA）修饰到工作区域，加入20~30 μL的PBS缓冲溶液冲洗纸芯片，大量的缓冲溶液通过纸的亲水作用流动到第六层纸芯片；取适量的捕捉DNA修饰的金和二氧化铈复合物（capture DNA/Au@CeO₂NPs）滴加在工作区域，按照上述同样的方式进行冲洗和洗涤操作；

（6）在步骤（5）的基础上，配置一定浓度腺苷溶液，将腺苷溶液滴加在工作区域，capture DNA/Au@CeO₂ NP会通过第二层的亲水通道流动到圆形的亲水区域，在第一层加入10 μL 3,3’,5,5’-四甲基联苯胺，10 μL H₂O₂, 10 μL pH=4.5 乙酸溶液，第一层的纸芯片亲水区域会展现出不同程度的颜色，用可见光波长照射，检测光电强度；

3.根据权利要求 1 所述的一种可控冲洗三维纸芯片分析装置制备，其特征是：权利要求1步骤3中第四层纸芯片印刷碳工作电极，第七层纸芯片印刷对电极和参比电极。

4.根据权利要求 1 所述的一种可控冲洗三维纸芯片分析装置制备，其特征是：在步骤（5）基础上，纸芯片的工作区域的修饰方式，是将第五层纸的红色标线和第四层纸的底边对齐，纸芯片的冲洗方法是将第五层纸芯片的黑色标线通过抽取的方式与第四层纸芯片的底边对齐，使得第四层纸芯片的中空区域与第五层纸芯片的亲水性区域对齐；按照上述同样的方式进行冲洗和洗涤操作。

5.根据权利要求 1 所述的一种可控冲洗三维纸芯片分析装置制备，其特征是：在步骤6的基础上，比色反应是在第三层纸芯片抽取出来进行的；光电反应是在第五层纸芯片抽取出来，用可见光波长照射，检测光电强度。