CN111721818B - 一种自驱动电化学检测芯片及其制备方法 - Google Patents

一种自驱动电化学检测芯片及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111721818B
CN111721818B CN202010502192.1A CN202010502192A CN111721818B CN 111721818 B CN111721818 B CN 111721818B CN 202010502192 A CN202010502192 A CN 202010502192A CN 111721818 B CN111721818 B CN 111721818B
Authority
CN
China
Prior art keywords
self
electrode
driven
electrochemical
sheet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010502192.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111721818A (zh
Inventor
蒋卉
杨军
蒋栋磊
刘新梅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Food And Drug Supervision And Inspection Institute
Original Assignee
Nanjing Food And Drug Supervision And Inspection Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Food And Drug Supervision And Inspection Institute filed Critical Nanjing Food And Drug Supervision And Inspection Institute
Priority to CN202010502192.1A priority Critical patent/CN111721818B/zh
Publication of CN111721818A publication Critical patent/CN111721818A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111721818B publication Critical patent/CN111721818B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3271—Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
    • G01N27/3272—Test elements therefor, i.e. disposable laminated substrates with electrodes, reagent and channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/48—Systems using polarography, i.e. measuring changes in current under a slowly-varying voltage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种自驱动电化学检测芯片及其制备方法，属于化学检测设备技术领域。本发明所述的自驱动电化学检测芯片包括上片、中片和下片；所述上片和下片由聚对苯二甲酸乙二醇酯胶片制成，中片由双面胶制成；所述上片的聚对苯二甲酸乙二醇酯胶片一面经吐温20亲水性处理。所述中片设有虹吸入口、挤压检测腔；所述下片的聚对苯二甲酸乙二醇酯胶片一面丝网印刷有参比电极、工作电极和对电极三电极体系；所述上片和下片通过中片双面胶粘合。本发明所述的自驱动电化学检测芯片具有微流控通道和三电极，可实现对样品进行电化学检测，导电性好，且设备需求低、操作方便、制作成本低，适用于样品的现场即时检测。

Description

一种自驱动电化学检测芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种自驱动电化学检测芯片及其制备方法，属于化学检测设备技术领域。
背景技术
电化学检测方法是将化学物质的变化归结为电化学反应，也就是以体系中的电位、电流或者电量作为体系中发生化学反应的量度进行测定的方法，具有灵敏度高、设备简单、成本较低等特点。电化学传感器是一种采用电极作为换能元件，基于待测物的电化学性质并将待测物化学量转变成电学量进行传感检测的一种传感器。商品化电极价格昂贵，电极的反复使用影响了实验结果的稳定性。
微流控芯片（microfluidic chip）是当前微全分析系统（Miniaturized TotalAnalysis Systems）发展的热点领域。微流控芯片分析以芯片为操作平台，同时以分析化学为基础，以微机电加工技术为依托，以微管道网络为结构特征，以生命科学为目前主要应用对象，是当前微全分析系统领域发展的重点。它的目标是把整个化验室的功能，包括采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在微芯片上，且可以多次使用。
微流控芯片中液体的驱动方式主要有电驱动和压力驱动。电驱动是指利用电渗流来驱动液体在微管道中流动。压力驱动是指利用入口、出口及腔体的相对压差所产生的压力来实现液体在微管道中的流动，包括泵驱动、重力驱动、毛细力/表面张力驱动、虹吸现象、离心力等。多数微流控芯片需要复杂的外接驱动泵来驱动液体的移动，占用空间大，或者设备费昂贵，限制了微流控芯片在现场即时检测中的应用。
发明内容
为了解决上述至少一个问题，本发明将激光雕刻与丝网印刷技术相结合制备了一种无需额外设备即可自动进样的PET电化学检测芯片。本发明提供了一种自驱动电化学检测芯片的制备方法，以及在电化学检测中的应用。
本发明提供一种自驱动电化学检测芯片的制备方法，制成的芯片具有微流控通道和三电极，可实现对样品进行电化学检测，导电性好，且设备需求低、操作方便、制作成本低，适用于样品的现场即时检测。
本发明的第一个目的是提供一种自驱动电化学检测芯片，包括上片、中片和下片；所述上片和下片由聚对苯二甲酸乙二醇酯胶片制成，中片由双面胶制成；所述上片的聚对苯二甲酸乙二醇酯胶片一面经吐温20进行亲水性处理；所述中片是在双面胶上进行雕刻，在双面胶的一端设置虹吸入口（5），虹吸入口的上方雕刻有一个挤压检测腔（7），且虹吸入口通过样品通道（6）挤压检测腔相连；虹吸入口（5）与挤压检测腔（7）之间的样品通道（6）上设置有一个分岔口（4）；双面胶的另一端设置压力调控口（1），压力调控口下方设置有一个气体空腔（2），且压力调控口通过压力调控通道（3）与气体空腔的一端相连，气体空腔（2）的另一端通过压力调控通道（3）与分岔口（4）相连；所述下片的聚对苯二甲酸乙二醇酯胶片一面丝网印刷有参比电极、工作电极和对电极三电极体系；所述上片和下片通过中片双面胶粘合，且三电极体系放置在挤压检测腔（7）内。
本发明所述的自驱动电化学检测芯片的原理是：用自驱动电化学检测芯片吸待测液，待溶液充满反应挤压腔之后，进行反应，待反应结束后堵住自驱动电化学检测芯片的压力调控口，挤压排出废液，重复步骤洗涤，松开堵住的压力调控口，虹吸Fe(CN)63-/4-电解液，连接电化学工作站，进行电化学测试。不需要额外的助力，比如泵或者毛细效应。
在本发明的一种实施方式中，气体空腔的大小为6×10mm，压力调控通道宽度为3mm，挤压检测腔的大小为10×15mm，样品通道的宽度为5mm；双面胶的大小为20×35mm。
本发明的第二个目的是本发明所述的自驱动电化学检测芯片的制备方法，所述方法是采用CorelDRAW软件设计样品通道和电极，通过亲水处理制备上片，激光雕刻技术制备中片，丝网印刷技术制备下片，将上片和下片通过中片粘合，得到所述自驱动电化学检测芯片。
在本发明的一种实施方式中，所述样品通道是在印刷电极的一侧，下部为虹吸入口，分岔口分为左右两条通道，左侧较长上端与大气相连，右侧较短上端封闭；印刷电极在右侧空腔中，空腔为反应区和检测区，空腔上侧为挤压区。
在本发明的一种实施方式中，所述印刷电极是工作电极、参比电极和对电极。
在本发明的一种实施方式中，所述亲水处理制备上片，是采用2%（W/V）的吐温20溶液涂抹PET胶片的一面，切割成20×35mm的独立上片。
在本发明的一种实施方式中，所述PET胶片，是210 mm×297 mm的PET胶片，厚度0.2 mm。
在本发明的一种实施方式中，所述激光雕刻技术制备中片，是利用激光雕刻机，焦距为3~8 cm，功率为20~25%，速度为15~20 mm/s条件下，按照设计图案在双面胶上雕刻光滑平整的样品通道，切割成20×35mm的独立中片。
在本发明的一种实施方式中，所述双面胶，是210 mm×297 mm×0.08 mm的耐高温双面胶。
在本发明的一种实施方式中，所述丝网印刷技术制备下片，是将环己酮和丙酮按1：1制成混合液，依次加入1%（W/V）醋酸纤维素、10%（W/V）N-辛基吡啶六氟硝磷酸盐离子液体、40%（W/V）石墨粉，超声溶解，形成离子墨水匀浆，其中醋酸纤维素的浓度1%（W/V），N-辛基吡啶六氟硝磷酸盐离子液体的浓度为10%（W/V），石墨粉的浓度为40%（W/V）；利用丝网印刷机，按照设计电极形状将离子墨水匀浆印刷到PET胶片的一面上，形成参比电极、工作电极和对电极，室温阴干。参比电极涂上导电银胶；将石墨烯纳米材料分散液均匀喷涂在干燥的工作电极表面，室温阴干；切割成20×35mm的独立下片。
本发明的第三个目的是提供一种含有本发明所述的自驱动电化学检测芯片的自驱动电化学传感器。
在本发明的一种实施方式中，将自驱动电化学检测芯片的电极插入电极适配器，连接电化学工作站，即得到自驱动电化学传感器。
本发明的第四个目的是本发明所述的自驱动电化学检测芯片在电化学检测中的应用。
在本发明的一种实施方式中，所述应用，包括如下步骤：
将铁氰化钾溶液自驱动吸入本发明所述的自驱动电化学检测芯片的反应检测区，连接电化学工作站，设定适宜的循环伏安法、差分脉冲伏安法、交流阻抗法测试条件，进行电化学测定。
在本发明的一种实施方式中，所述铁氰化钾溶液，是100 mL含0.0823 g K3[Fe(CN)6]、0.1056 g K4[Fe(CN)6]·3H2O、0.7455 g KCl的0.1 M PB缓冲液（pH7.4）。
在本发明的一种实施方式中，所述PB缓冲液，是100 mL含2.1961 g Na2HPO4·12H2O、0.6035 g NaH2PO4·2H2O的水溶液。
在本发明的一种实施方式中，所述循环伏安法的测试条件是：初始电势为-0.2 V；最终电位为+ 0.6 V；扫描速度为100 mV/s，采样间隔为1 mV。所有的测量均在室温下进行。
在本发明的一种实施方式中，所述差分脉冲伏安法的测试条件是：初始电势为-0.2 V；最终电位为+ 0.6 V；增量电位为4 mV；脉冲宽度为50 ms；脉冲周期为500 ms。所有的测量均在室温下进行。
在本发明的一种实施方式中，所述交流阻抗法的测试条件是：最小频率为0.1 Hz；最大频率为104 Hz；采样数量点为51=10/dec。所有的测量均在室温下进行。
在本发明的一种实施方式中，循环伏安法以电压为横坐标，电流为纵坐标作图，得到可逆氧化还原峰。差分脉冲伏安法以电压为横坐标，电流为纵坐标作图，得到峰值电流为42.93 μA。交流阻抗法拟合尼奎斯特曲线，得到电极的阻值（Ret）为3080 Ω。
本发明的第五个目的是提供一种基于本发明所述的自驱动电化学检测芯片的细菌印迹电化学传感器。
在本发明的一种实施方式中，所述的细菌印迹电化学传感器的制备方法为：
通过本发明所述的自驱动电化学检测芯片的虹吸作用将电聚合液经过通道输送至电极工作区域，进行电化学聚合，在电极表面聚合形成PPy+bacteria膜；之后除去模板得到细菌印迹电化学传感器。
在本发明的一种实施方式中，所述的细菌印迹电化学传感器的制备方法为：
（1）电聚合液的制备：将沙门氏菌（模板）与吡咯（功能单体）氯化钾水溶液混合均匀后超声5 s，充氮气10 min，封闭静置10 min，得到电聚合液；其中，沙门氏菌的浓度为3.0×103-6.0×109 CFU/mL，吡咯的浓度为0.1~0.4 M，氯化钾水溶液的浓度为0.2M；
（2）通过本发明所述的自驱动电化学检测芯片的虹吸作用将步骤（1）的电聚合液经过通道输送至电极工作区域，进行电化学聚合，在电极表面聚合形成PPy+bacteria膜；
（3）聚合完之后，通过挤压排出工作区域的电聚合液，用去离子水通过虹吸和挤压操作清洗电极表面，去除电极表面多余的电聚合液；之后在电极表面加入溶菌酶（其酶活在80000~100000 U之间）25℃下反应2 h；随后加入5%表面活性剂SDS 25℃下处理48 h，溶解细菌细胞壁以及细胞膜的多糖达到去除菌体的效果；随后本发明所述的自驱动电化学检测芯片吸入0.1 M氢氧化钠，在0.98 V下过电位，去除PPy+bacteria膜上的游离的菌，形成孔腔，形成细菌印迹膜BIP，得到细菌印迹电化学传感器。
在本发明的一种实施方式中，所述沙门氏菌是肠炎沙门氏菌ATCC13076。
在本发明的一种实施方式中，步骤（1）所述混合电聚合液中吡咯单体的浓度为0.15M。
在本发明的一种实施方式中，步骤（1）所述混合电聚合液中沙门氏菌的浓度是3.0×109 CFU/mL。
在本发明的一种实施方式中，步骤（1）所述混合电聚合液中氯化钾的浓度是0.2M，
在本发明的一种实施方式中，步骤（2）所述的电聚合采用循环伏安法。
在本发明的一种实施方式中，步骤（2）所述电化学聚合的条件为：电压范围 0-1.1V，扫描速率为100 mV/s，聚合圈数为8圈。
本发明的有益效果：
（1）采用本发明所述自驱动电化学检测芯片，能有效减少检测所需步骤与设备需求，降低检测成本，有利于实现现场即时检测。
（2）本发明提出将导电性离子液体融入电极印刷，并批量喷涂导电纳米材料，与电极传统修饰方法相比，减小了电极个体间差异。
（3）将本发明的自驱动电化学检测芯片用于电化学传感器的制备，换能器电极上可搭载不同的识别元件，扩充至进行其他目标物的检测，增加检测功能性。
附图说明
图1为自驱动电化学检测芯片的尺寸；(A)微流控通道，(B)电极；其中：（1）是压力调控口，（2）是气体空腔，（3）是压力调控通道，（4）是分岔口，（5）是虹吸入口，（6）是样品通道，（7）是挤压检测腔。
图2为自驱动电化学检测芯片的制备过程。
图3为自驱动电化学检测芯片的亲水性测试；其中，A1为甘油处理的侧视图；A2为甘油处理的主视图；B1为未处理的侧视图；B2为未处理的主视图。
图4为自驱动电化学检测芯片的自驱动性能测试。
图5为电化学测试；其中（A）为循环伏安曲线；（B）为差分脉冲伏安曲线；（C）为尼奎斯特拟合曲线。
图6为基于自驱动电化学检测芯片的细菌印迹电化学传感器检测沙门氏菌；其中，(A)为不同浓度沙门氏菌的差分脉冲伏安曲线，其中(a) 3CFU/mL，(b) 3×101 CFU/mL，(c)3×102 CFU/mL，(d) 3×103 CFU/mL，(e) 3×104 CFU/mL，(f) 3×105 CFU/mL，(g) 3×106 CFU/m，(h) 3×107 CFU/mL，(i) 3×108 CFU/mL，(j) 3×109CFU/mL；(B)标准曲线。
图7为基于自驱动电化学检测芯片的细菌印迹电化学传感器对吸附活菌和死菌的检测结果。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施。
实施例1：自驱动电化学检测芯片的制备
一种自驱动电化学检测芯片的制备方法，包括如下步骤：
如图1所示，设计自驱动电化学检测芯片的微流控通道和电极形状尺寸。
如图2所示，以耐高温双面胶为材料，利用激光雕刻机，焦距为3~8 cm，功率为20~25%，速度为15~20 mm/s条件下，按照设计图案在双面胶上雕刻出光滑平整的样品通道，切割成20 mm×35 mm的含有虹吸入口、反应挤压检测腔的独立中片。将环己酮和丙酮按1：1制成混合液，依次将醋酸纤维素、N-辛基吡啶六氟硝磷酸盐离子液体、石墨粉加入混合液中，超声溶解，形成离子墨水匀浆，其中醋酸纤维素的浓度1%（W/V），N-辛基吡啶六氟硝磷酸盐离子液体的浓度为10%（W/V），石墨粉的浓度为40%（W/V）。利用丝网印刷机，按照设计电极形状将离子墨水匀浆印刷到PET胶片的一面上，室温阴干，切割成20mm×35 mm的含有参比电极、工作电极、对电极的独立下片。采用2% 的吐温20溶液进行亲水处理PET胶片的一面，切割成20 mm×35 mm的亲水性独立上片。将上片和下片通过中片粘合，组装成自驱动电化学检测芯片。
实施例2：芯片样品通道设计条件的优化
参考文献（CN111068801A）是基于毛细管效应与虹吸相结合才能实现自驱动；参考文献（CN105316224B）是利用离心力、毛细力以及虹吸现象来实现全自动核酸提取与PCR反应的微流控芯片；需要借助外力才能实现自驱动；而参考文献（张琳. 基于手机平台的电化学即时检测方法研究[D]. 2016.）中芯片的设计方法，虽然也可以实现自驱动，但是检测和反应在两个部分，需要通过挤压实现反应液到检测区，在这个过程中需要利用液体的粘附性和表面张力在样品入口处短暂形成水膜，使得检测区通道为唯一挤压通道；操作复杂，要求高。
通道的宽度直接影响芯片的虹吸功能。经多次试验，虹吸通道过细吸入速度慢；虹吸通道的宽度大于5 mm，液体吸入高度较低，不能充满右侧反应检测区；因此虹吸通道设计为5 mm。左侧通道主要是连接大气，设计为 3mm。
通道的厚度直接影响芯片的挤压功能。空气越多，产生的压强越大，挤压越完全，因此右侧反应检测区的挤压腔需要达到一定的体积。当通道为单层双面胶（厚度0.08 mm）或双层双面胶（厚度0.16 mm）时，挤压后无法排出全部液体；当通道为四层双面胶（厚度0.32 mm）时，受到上片和下片应变力的影响，不饿能轻松完成挤压操作；当通道为三层双面胶（厚度0.24 mm）时，可以轻松挤压排空液体。因此，中片的通道厚度设计为0.24 mm。
焦距是影响切面平整度最重要的因素，经试验，焦距为3 cm和8 cm时切面不平整，焦距为5 cm时切面最平整。
当激光功率为20%时，切割面的下缘有挂渣，这是因为功率低热量不足，下缘熔融产物的温度低粘度大，不能被高压气流吹除；当激光功率为25%时，切割面的下缘被熔融，这是因为功率大热输入大，下缘产物熔融；当激光功率为23%时，切割面光滑。
当切割速度为15 mm/s 时，图案局部被损坏，这是因为PET膜局部被过度烧熔；切割速度为20 mm/s 时，切割面的下缘有挂渣，这是因为下缘熔融产物来不及被高压气流吹除；切割速度为18 mm/s 时，切割的图案最清晰完整。
因此，芯片样品通道制备的最佳条件：焦距为5 cm，功率为23%，速度为18 mm/s。
实施例3：自驱动电化学检测芯片的性能测试
（1）亲水性测试
当把液滴滴到甘油处理过的PET胶片（上片）上时，如图3A1和图3A2所示，液滴呈扁平状，液滴表面与膜的接触面积大，亲水性较好；当把液滴滴到未处理的PET胶片上时，如图3B1和图3B2所示，液滴的形状较立体，呈球状，接触面积较小，疏水性较大。证明实施例1制备的芯片有良好的亲水性。
（2）自驱动性能测试
如图4所示，待测液经实施例1的自驱动电化学检测芯片下部入口虹吸进入微流控通道，使电极检测区充满待测液，完成待测液的自驱动吸入。堵住芯片左侧较长上端与大气相连的通道口，挤压挤压区，排出待测液，完成待测液的自驱动排出。
实施例4：自驱动电化学检测芯片的电化学检测应用
1.电化学检测参数
循环伏安法：初始电势为-0.2 V；最终电位为+ 0.6 V；扫描速度为100 mV/s 采样间隔为1 mV。差分脉冲伏安法：初始电势为-0.2 V；最终电位为+ 0.6 V；增量电位为4 mV；脉冲宽度为50 ms；脉冲周期为500 ms。交流阻抗法：最小频率为0.1 Hz；最大频率为104Hz; 采样数量点为51=10/dec。所有的测量均在室温下进行。
2. 检测结果
将实施例1的自驱动电化学检测芯片虹吸Fe(CN)63-/4-电解液，待溶液充满挤压反应腔，连接电化学工作站进行电化学检测应用。测试了芯片电极在2.5 mM铁氰化钾电解液中的电化学信号。如图5A的循环伏安曲线所示，芯片电极在铁氰化钾电解液中测试出了明显的可逆氧化还原峰，说明电极表面有电子的转移，通过电化学工作站可以监测到电极表面的电流信号。如图5B的差分脉冲伏安曲线所示，芯片电极的峰值电流为42.93 μA。如图5C的尼奎斯特拟合曲线所示，芯片电极的阻值（Ret）为3080 Ω。
实施例5 基于自驱动电化学检测芯片的细菌印迹电化学传感器
一种细菌印迹电化学传感器的制备方法，包括如下步骤：
（1）电聚合液的制备：将3.0×109 CFU/mL的沙门氏菌（模板）与0.15 M的吡咯（功能单体）在0.2M氯化钾溶液中混合均匀后超声5 s，充氮气10 min，封闭静置10 min，得到电聚合液；
（2）通过实施例1的自驱动电化学检测芯片的虹吸作用将步骤（1）的电聚合液经过通道输送至电极工作区域（用自驱动电化学检测芯片吸待测液，待溶液充满反应检测腔之后，印迹膜吸附目标菌，堵住自驱动电化学检测芯片的压力调控口，挤压排出废液，重复步骤洗涤，松开堵住的压力调控口，虹吸Fe(CN)63-/4-电解液，连接电化学工作站，进行电化学测试），进行电化学聚合（采用循环伏安法，电压范围 0-1.1 V，扫描速率为100 mV/s，聚合圈数为8圈），在电极表面聚合形成PPy+bacteria膜；
（3）聚合完之后，通过挤压排出工作区域的电聚合液，用去离子水通过虹吸和挤压操作清洗电极表面，去除电极表面多余的电聚合液；之后在电极表面加入溶菌酶（其酶活在80000~100000 U之间）25℃下反应2 h；随后加入5%表面活性剂SDS 25℃下处理48 h，溶解细菌细胞壁以及细胞膜的多糖达到去除菌体的效果；随后本发明所述的自驱动电化学检测芯片吸入0.1 M氢氧化钠，在0.98 V下过电位，去除PPy+bacteria膜上的游离的菌，形成孔腔，形成细菌印迹膜BIP，得到细菌印迹电化学传感器。
实施例6 基于自驱动电化学检测芯片的细菌印迹电化学传感器检测沙门氏菌
1. 基于自驱动电化学检测芯片的细菌印迹电化学传感器定量沙门氏菌
将3×109 CFU/mL的沙门氏菌梯度稀释为3×108 CFU/mL、3×107 CFU/mL、3×106 CFU/mL、3×105 CFU/mL、3×104 CFU/mL、3×103 CFU/mL、3×102 CFU/mL、3×101 CFU/mL、3CFU/mL的沙门氏菌溶液。将沙门氏菌溶液滴加到仿生印迹电极上，吸附30 min后，用去离子水洗涤电极，待检测。采用差分脉冲伏安法，电压扫描范围为-0.2V～+0.6V，脉冲宽度为50ms，脉冲周期为500 ms，电势增量为4 mV，在2.5 mM Fe（CN）6 3- / 4溶液中进行测量。所有的测量均在室温下进行。以沙门氏菌浓度的对数值和峰电流值作图，即得仿生印迹电极检测沙门氏菌的标准曲线。
检测结果如图6所示，从图6A可以看出：随着肠炎沙门氏菌ATCC13076浓度的增加，其峰电流值降低。由图6B可知：在3.0×101~3.0×109 CFU/mL范围内，肠炎沙门氏菌ATCC13076浓度对数值与电流呈现线性关系，y=-1.46x+36.22，线性相关系数R2=0.9985。肠炎沙门氏菌ATCC13076的检测限可达到20 CFU/mL。
2. 基于自驱动电化学检测芯片的细菌印迹电化学传感器对沙门氏菌活性的鉴别
用70%的乙醇处理活的肠炎沙门氏菌，使其失去活性成为死菌，此方法制备的死菌因细胞壁和细胞膜的破坏失去活性。采用实施例5制备得到的基于自驱动电化学检测芯片的细菌印迹电化学传感器分别吸附浓度为3×109 CFU/mL的活菌和死菌，并用PBS清洗吸附后的BIP膜进行电化学DPV检测，比较传感器吸附活菌和死菌的电流信号值。
检测结果如图7所示，从图7可以看出：基于自驱动电化学检测芯片的细菌印迹电化学传感器BIP的电流值为37.14 μA，当吸附了活的沙门氏菌后，BIP/Live bacteria电流值下降至22.23 μA，而BIP/Inactivate bacteria电流值与BIP相当，并未明显降低。这是由于用70%乙醇处理过的肠炎沙门氏菌细胞膜中的磷脂被溶解，不能与BIP紧密结合，当用PBS清洗时，死菌被洗掉，因此不能吸附在印迹孔穴中。由此可见，制备的印迹传感器可以通过PBS清洗这一步骤去除细胞结构受损的死菌，从而达到特异性检测活菌的目的。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种自驱动电化学检测芯片，其特征在于，包括上片、中片和下片；所述上片和下片由聚对苯二甲酸乙二醇酯胶片制成，中片由双面胶制成；所述上片的聚对苯二甲酸乙二醇酯胶片一面经吐温20进行亲水性处理；所述中片是在双面胶上进行雕刻，在双面胶的一端设置虹吸入口(5)，虹吸入口的上方雕刻有一个挤压检测腔(7)，且虹吸入口通过样品通道(6)挤压检测腔相连；虹吸入口(5)与挤压检测腔(7)之间的样品通道(6)上设置有一个分岔口(4)；双面胶的另一端设置压力调控口(1)，压力调控口下方设置有一个气体空腔(2)，且压力调控口通过压力调控通道(3)与气体空腔的一端相连，气体空腔(2)的另一端通过压力调控通道(3)与分岔口(4)相连；所述下片的聚对苯二甲酸乙二醇酯胶片一面丝网印刷有参比电极、工作电极和对电极三电极体系；所述上片和下片通过中片双面胶粘合，且三电极体系放置在挤压检测腔(7)内。
2.根据权利要求1所述的自驱动电化学检测芯片，其特征在于，气体空腔的大小为6×10mm，压力调控通道宽度为3mm，挤压检测腔的大小为10×15mm，样品通道的宽度为5mm；双面胶的大小为20×35mm。
3.制备权利要求1所述的自驱动电化学检测芯片的方法，其特征在于，所述方法是采用CorelDRAW软件设计样品通道和电极，通过亲水处理制备上片，激光雕刻技术制备中片，丝网印刷技术制备下片，将上片和下片通过中片粘合，得到所述自驱动电化学检测芯片。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述激光雕刻技术制备中片，是利用激光雕刻机，焦距为3～8cm，功率为20～25％，速度为15～20mm/s条件下，按照设计图案在双面胶上雕刻光滑平整的样品通道，切割成20×35mm的独立中片。
5.一种含有权利要求1所述的自驱动电化学检测芯片的自驱动电化学传感器，其特征在于，将权利要求1的自驱动电化学检测芯片的电极插入电极适配器，连接电化学工作站，即得到自驱动电化学传感器。
6.权利要求5所述的自驱动电化学传感器在电化学检测中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：
将铁氰化钾溶液自驱动吸入权利要求1所述的自驱动电化学检测芯片的反应挤压区，连接电化学工作站，设定适宜的循环伏安法、差分脉冲伏安法、交流阻抗法测试条件，进行电化学测定。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述循环伏安法的测试条件是：初始电势为-0.2V；最终电位为+0.6V；扫描速度为100mV/s，采样间隔为1mV；所述差分脉冲伏安法的测试条件是：初始电势为-0.2V；最终电位为+0.6V；增量电位为4mV；脉冲宽度为50ms；脉冲周期为500ms；所述交流阻抗法的测试条件是：最小频率为0.1Hz；最大频率为104Hz；采样数量点为51＝10/dec。
9.一种基于权利要求1所述的自驱动电化学检测芯片的细菌印迹电化学传感器，其特征在于，通过权利要求1所述的自驱动电化学检测芯片的虹吸作用将电聚合液经过通道输送至电极工作区域，进行电化学聚合，在电极表面聚合形成PPy+bacteria膜；之后除去模板得到细菌印迹电化学传感器。
10.根据权利要求9所述的细菌印迹电化学传感器，其特征在于，所述电聚合液是将沙门氏菌与吡咯加入氯化钾水溶液，混合均匀后超声5s，充氮气10min，封闭静置10min，得到电聚合液；其中吡咯单体的浓度为0.15M，沙门氏菌的浓度是3.0×109CFU/mL。
CN202010502192.1A 2020-06-04 2020-06-04 一种自驱动电化学检测芯片及其制备方法 Active CN111721818B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010502192.1A CN111721818B (zh) 2020-06-04 2020-06-04 一种自驱动电化学检测芯片及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010502192.1A CN111721818B (zh) 2020-06-04 2020-06-04 一种自驱动电化学检测芯片及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111721818A CN111721818A (zh) 2020-09-29
CN111721818B true CN111721818B (zh) 2022-07-05

Family

ID=72565961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010502192.1A Active CN111721818B (zh) 2020-06-04 2020-06-04 一种自驱动电化学检测芯片及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111721818B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103041881A (zh) * 2012-12-31 2013-04-17 苏州汶颢芯片科技有限公司 一种pH响应的微流体自驱动微流控芯片及其制备方法
JP2015051587A (ja) * 2013-09-06 2015-03-19 コニカミノルタ株式会社 インクジェットヘッド及び配線基板
CN208526655U (zh) * 2018-04-27 2019-02-22 广州万孚生物技术股份有限公司 一种化学发光微流控芯片及具有其的分析仪器
CN109499633A (zh) * 2018-12-13 2019-03-22 迪亚莱博（张家港）生物科技有限公司 床旁诊断微流控芯片及其制备方法和检测方法
CN109929749A (zh) * 2019-03-27 2019-06-25 深圳市尚维高科有限公司 自驱动微流控芯片及其使用方法
CN110057890A (zh) * 2019-03-26 2019-07-26 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种凝血检测芯片和电化学传感器
CN110773246A (zh) * 2019-11-01 2020-02-11 上海速创诊断产品有限公司 一种微流控芯片及用于高敏肌钙蛋白检测的试剂盒

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103041881A (zh) * 2012-12-31 2013-04-17 苏州汶颢芯片科技有限公司 一种pH响应的微流体自驱动微流控芯片及其制备方法
JP2015051587A (ja) * 2013-09-06 2015-03-19 コニカミノルタ株式会社 インクジェットヘッド及び配線基板
CN208526655U (zh) * 2018-04-27 2019-02-22 广州万孚生物技术股份有限公司 一种化学发光微流控芯片及具有其的分析仪器
CN109499633A (zh) * 2018-12-13 2019-03-22 迪亚莱博（张家港）生物科技有限公司 床旁诊断微流控芯片及其制备方法和检测方法
CN110057890A (zh) * 2019-03-26 2019-07-26 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种凝血检测芯片和电化学传感器
CN109929749A (zh) * 2019-03-27 2019-06-25 深圳市尚维高科有限公司 自驱动微流控芯片及其使用方法
CN110773246A (zh) * 2019-11-01 2020-02-11 上海速创诊断产品有限公司 一种微流控芯片及用于高敏肌钙蛋白检测的试剂盒

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An Accurate Current Source With On-Chip Self-Calibration Circuits for Low-Voltage Current-Mode Differential Drivers;Guangbin Zhang 等;《IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS》;20060131;第53卷(第1期);第40-47页 *
微流控PCR芯片的研究进展;何启迪等;《分析化学》;20160430;第44卷(第04期);第542-550页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111721818A (zh) 2020-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ruecha et al. Fully inkjet-printed paper-based potentiometric ion-sensing devices
Agustini et al. Characterization and optimization of low cost microfluidic thread based electroanalytical device for micro flow injection analysis
CN100521320C (zh) 多孔材料电池及其制法
Coltro et al. Toner and paper‐based fabrication techniques for microfluidic applications
Yang et al. Microfluidic microbial fuel cells: from membrane to membrane free
CN101871912B (zh) 一种全固态钾离子传感器及其制备方法
JP2006516721A5 (zh)
Shen et al. Paper‐based microfluidics for electrochemical applications
Du et al. Capillary electrophoresis and microchip capillary electrophoresis with electrochemical and electrochemiluminescence detection
CN104122393A (zh) 一种光电化学三维纸芯片的制备及其在肿瘤检测中的应用
CN102749322A (zh) 一种双极电极电化学发光检测微流控液滴阵列方法
CN104267073A (zh) 纸基微流控芯片阳极电流检测水污染物生物毒性的方法
US11009480B2 (en) Lab on a chip device for multi-analyte detection and a method of fabrication thereof
CN110479391B (zh) 一种基于固态径迹刻蚀纳米孔的低电压高性能电渗微泵芯片
CN100592084C (zh) 微型化学芯片
CN110935493B (zh) 一种微流控芯片及使用该芯片进行检测的检测方法
CN103901083A (zh) 一种电化学法检测内毒素的微流控芯片
CN111721818B (zh) 一种自驱动电化学检测芯片及其制备方法
CN207318408U (zh) 高通量纳米孔检测装置
Zhao et al. Multiplexed anodic stripping voltammetry detection of heavy metals in water using nanocomposites modified screen-printed electrodes integrated with a 3D-printed flow cell
Lee et al. A microsized microbial fuel cell based biosensor for fast and sensitive detection of toxic substances in water
Liang et al. Surface modification of poly (dimethylsiloxane) microfluidic devices and its application in simultaneous analysis of uric acid and ascorbic acid in human urine
CN209451869U (zh) 一种基于电渗流实现多样检测的微流控装置
Contento et al. Electric field effects on current–voltage relationships in microfluidic channels presenting multiple working electrodes in the weak-coupling limit
Demuru et al. 3D-integration of printed electrochemical sensors in pet microfluidics for biochemical sensing

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant