CN115989404A

CN115989404A - 使用电化学的原位控制的金属溶解

Info

Publication number: CN115989404A
Application number: CN202180052646.2A
Authority: CN
Inventors: J·沃罗斯; A·坦诺; R·蒂芬诺尔; Y·布林肯斯特弗
Original assignee: Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ
Current assignee: Eidgenoessische Technische Hochschule Zurich ETHZ
Priority date: 2020-08-28
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2023-04-18
Also published as: WO2022043477A1; EP4204150A1; JP2023538896A; US20230324274A1; EP3960291A1

Abstract

本发明属于适合生物传感应用的金属溶解领域。本发明涉及使用卤化物生物化学用于金属颗粒的电化学控制的降解的方法和装置，其允许原位控制并且适合分析物检测和量化。

Description

使用电化学的原位控制的金属溶解

发明领域

本发明属于适合生物传感应用的金属溶解领域。本发明涉及使用卤化物生物化学以溶解金属颗粒的装置和方法，其允许原位控制并且适合分析物检测和量化。

发明背景

本发明包括用电化学控制的反应降解金属而不直接将其连接到电路的新方法。降解金属的传统方法包括通过直接施加电位/电流并因此直接驱动电化学溶解反应而在溶液中降解。供选择地，可通过添加蚀刻溶液如酸或KI/I₂溶液来降解金属。本发明能够使不直接通过电位连接或者不能通过电位连接的金属降解，而不直接添加蚀刻溶液。取而代之的是，通过从非活性的并且因此非蚀刻的前体分子局部地产生活性蚀刻分子来使金属降解。该方法允许没有或不能直接电连接的金属的电控制蚀刻(控制蚀刻开始、蚀刻停止和蚀刻速率)。例如，固定在非导电基底上的金属颗粒或在溶液中自由浮动的金属颗粒。因此，本文描述的技术允许溶解这种金属颗粒而不需要冲洗步骤或有毒物质。此外，该技术有助于在生物测定中分析物的检测。

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于金属的电化学控制的降解的方法，其包括以下步骤：

A)提供自由浮动或吸附在基底上或吸附在基底中的金属块或金属颗粒；

B)使金属与含有非活性前体的溶液接触；

C)向含有非活性前体的溶液施加电化学电位，并且从而产生降解金属的溶液。

本发明包括用于降解金属或金属颗粒的方法或装置。术语“金属块或金属颗粒”是指每块金属或金属合金。本发明适合金属、金属盐或金属合金的降解。优选的金属可以选自：金、铁或氧化铁、银、铂、镉、碲、铅、铟、锌、铜、铝、锗、铌、锶、钒、钛、铬、汞、镓和钯。金属盐优选为金属的氧化物、硫化物或硝酸盐，并且可以选自氧化铁、氧化硅、氧化锌、亚硫酸铁、氧化金(III)(Au₂O₃)、硫化锌和硫化锌镉。

合适的金属颗粒是胶体金纳米颗粒、铕纳米颗粒、磁性颗粒诸如Fe₃O₄颗粒或磁赤铁矿(Fe₂O₃，γ-Fe₂O₃)颗粒、硒纳米颗粒、银纳米颗粒、铂纳米颗粒、钯纳米颗粒、铜纳米颗粒、钼纳米颗粒、钨纳米颗粒、钛纳米颗粒、铝纳米颗粒、氧化锌纳米颗粒、硫化锌纳米颗粒、硫化镉纳米颗粒、硫化铅纳米颗粒和砷化镓纳米颗粒。优选的是可以在生物测定中用作标记物的金属颗粒。在一个实施方案中，金属颗粒是胶体颗粒。因此，它应该在非常低的浓度下是可检测的，并且它应该在与生物识别分子缀合时保留其性质。最优选的是金纳米颗粒和银纳米颗粒。

在本申请的步骤B)中，金属与含有非活性前体的溶液接触。这些溶液不使金属降解，因此初始蚀刻速度为零。非活性前体可以是不能降解或蚀刻金属的分子，其可以被转化(转变)为能够降解或蚀刻金属的活性物质或分子。非活性前体优选为卤化物离子。卤化物离子是带有负电荷的卤素原子。卤化物离子可以选自碘化物(I^-)、氟化物(F^-)、氯化物(Cl^-)、溴化物(Br^-)和砹化物(At^-)。该溶液也可以含有两种或多种不同卤化物离子的混合物。优选的卤化物离子是碘化物。卤化物离子，尤其是碘化物，一般通过将卤化物盐溶解在溶液中来添加。优选的盐是碘化物盐。碘化物盐可以选自：KI、NaI、LiI、HI、RbI、CsI、CuI、AgI、AuI、AtI、IBr、ICl或TiI。

非活性前体可以以足以降解所用金属总量的量存在或使用。合适的浓度取决于不同的特征诸如体积、电极的尺寸和待降解的金属的量。非活性前体的量可以在1μM至1M，优选0.1至100mM，优选0.5至50mM，甚至更优选1至20mM的范围。

该方法的步骤B)可以通过在基底上沉积干燥的非活性前体分子来实施。在另一个实施方案中，非活性前体可以吸附在单独的基底上。在第二子步骤中，溶解干燥的非活性前体。可以通过将溶剂吸移到该方法的装置中来溶解前体。合适的溶剂是水(H₂O)或水基溶液(诸如缓冲溶液、盐溶液、酸性或碱性溶液、含有机溶剂的溶液、含油的乳液或水凝胶)。非活性前体也可以通过含有待检测分析物的流体样品(唾液、血液、尿液、泪液、汗液、环境样品、奶汁等)溶解。可以是添加的溶剂或样品将非活性前体和/或其活性产物和/或金属颗粒输送到金属将被溶解的位置。供选择地，可以通过吸移或微流体注射引入含有非活性前体的溶液。溶液也可以存在于装置中，并且在步骤B)中，将金属块或金属颗粒添加到溶液中。

根据本发明的方法的步骤C)是指“向含有非活性前体的溶液施加电化学电位，并且从而产生降解金属的溶液”。为了向含有非活性前体的溶液施加电化学电位，使至少两个电极与该溶液接触，并向电极施加足够的过电位。这可以通过连接或打开连接到电极的外部电源或通过另外添加产生必要的过电位的电化学反应来完成。因此，本发明的一个实施方案涉及一种方法，其中至少两个电极用于施加用于电化学产生降解金属降解的溶液的电化学电位。这些电极可以是工作电极和对电极。

优选的是具有其他电极诸如参比电极的实施方案。还优选的是其中使用几个工作电极或几组工作电极和对电极的实施方案。不同的工作电极可以用作降解电极(第一工作电极)或检测电极(第二工作电极)。电极组可被布置成允许多检测测定，该多检测测定允许多路复用的检测。因此，根据本发明的装置可以包括至少五个电极，至少两对电极用于施加用于电化学产生降解金属的溶液的电化学电位，并且一个电极是参比或对照电极。该装置还可以包括多组(多于2组，优选多于10组)电极，其中每组至少包括对电极、参比电极、溶解电极和检测电极。所述组还可以包括两个对电极、两个参比电极、两个溶解电极和一个检测电极。

因此，本发明涉及一种方法，其中金属初始不直接电连接到电化学电路。金属的降解通过活性降解或蚀刻分子的电化学产生来开始和控制。这意指该方法允许以原位控制的反应方式的金属的电化学控制的降解。

术语“产生降解金属的溶液”是指在溶液内非活性前体分子向能够降解、蚀刻或溶解金属的分子(活性金属降解分子)的转化。这种转化或反应由电极上的电化学反应驱动，导致活性金属溶解溶液的产生。

在碘化物作为溶液中的非活性前体的情况下，电极上的电化学反应将碘化物转化为碘和三碘化物以进行金属的降解。活性金属降解溶液的该局部产生允许金属的电化学控制的蚀刻，即使金属不直接与外部过电位接触。降解动力学可另外通过在溶液中使用不同浓度的非活性前体分子诸如碘化物(或另一种卤化物)来控制。另外，活性金属降解分子的量可以通过外部施加的电源精确地电化学控制。更大的过电位和施加更长时间段的过电位产生更大量的活性金属降解分子，导致更快的金属降解(蚀刻速度)和更远离电极(蚀刻位置)的金属降解。此外，电极材料可以用作控制元素，因为对于不同的材料，反应速率可以变化几个数量级。因此，通过使用适当浓度的活性金属降解分子，诸如碘化物，并通过施加适当的外部功率函数，包括但不限于适合电极材料的恒定的电位或电流、电位或电流阶跃、电位或电流斜坡、脉冲电位或电流或其组合，可以实现期望的适当的金属降解参数、动力学和量。

对于单个氧化铟锡工作电极和碘化物前体，适当的阳极电位可以是0.5至2伏(相对于碳参比电极)，在1至50mM KI下持续0.1至60秒。通过控制处于不同电位和/或不同材料的多个电极，可以更精确地控制该过程。这允许通过在第二电极处驱动阴极反应来避免某些化学产物诸如碘的过量产生，其可导致溶解化学品的消耗。两个电极的适当组合是在-1.1V至-0.1V范围的电位的氧化铟锡和在+1V至+0.2V范围的电位的碳(相对于碳参比电极)，在0.1mM至5M KI持续10至2000s。此外，这种设置具有允许金属的同时溶解和沉积的优点。在一些应用中，沉积可用于检测金属。

通过该方法或装置降解的金属可以随后通过已知的金属检测技术，包括但不限于阳极溶出伏安法、阻抗光谱法或在电极上或电路的电阻元件(如纳米线)上电镀金属时的电阻变化来检测。

所述发明可用于金属颗粒中所含金属的量的电化学量化。这种结果可用于量化金属颗粒的尺寸或数量。用于使用所述发明量化金属颗粒的应用是分子感测方法或装置，其中通过耦合到金属颗粒然后使用所述方法或装置量化金属颗粒来量化分子。

所述方法特别适合在生物传感应用中检测分析物。它可以在使用生物分子报告分子以检测分析物的测定中用作检测和/或量化方法。因此，本发明的方法可以与免疫测定诸如侧向流测定(LFA)、一锅法测定结合使用和通常作为微流体测定中的检测方法使用。通常，本发明的方法可用于溶液中分析物的检测和/或量化。分析物可以是任何种类的分子如肽、多肽、蛋白质、脂质、多糖、多核苷酸、代谢物、激素、毒素或药物分子。

分析物可以存在于任何种类的样品中。生物传感器应用的主要部分在于临床分析。它包括检测全血、血清、唾液、汗液、泪液、血浆、尿液、细胞、组织和其它生物样品中的多种临床分析物。其他合适的样品是：水、燃料、食物、饮料和植物提取物。

为了能够检测和/或量化分析物，金属颗粒可以直接或间接地缀合至能够结合分析物的分子。生物传感器的应用可以基于夹心测定(通常用于较大分析物)或竞争测定(通常用于小分析物)的原理。生物传感器应用还可以设计为多路复用的测定。生物传感器应用可以用于在单个实验中同时检测多种分析物的存在。在一次测定中测量的分析物的数量可以是>3，更优选>10或甚至>100。

生物测定的步骤必须在适合于允许所涉及的分子之间结合的条件下进行。这些条件是本领域技术人员已知的，并且是指例如温度、时间、pH值。一个条件是所涉及的分子不应改变其结构(如蛋白质不应变性)。

因此，本发明方法的一个实施方案包括与生物分子缀合的金属颗粒的降解。生物分子可以是蛋白质、多肽、寡肽、适体、多核苷酸、多糖，诸如寡糖或脂质。生物分子可以是具有识别和结合特定分析物的能力的任何分子。实例是受体、配体、肽、多肽、蛋白质、多糖、多核苷酸、抗体和抗体片段。合适的抗体片段是：Fab片段、Fab'片段、F(ab')2片段、Fd片段、Fd'片段、Fv片段、dAb片段、scFv(单链)片段、分离的CDR区、dsFv双抗体、单链抗体及其组合。标记金属颗粒的方案例如基于NHS-酯修饰的方案是本领域公知的。

对于免疫测定，金属颗粒和/或非活性前体被吸附到基底上或基底中可能是合适的。因此，优选的是，基底是非导电基底。基底可以是玻璃板、塑料板，诸如多孔板(微量滴定板)、微流体通道壁、多孔三维基底(如纸、硝酸纤维素膜或玻璃纤维膜)或具有非导电涂层的电极。基底可以具备液体输送能力。

使用本发明的方法，可以量化样品中的分析物。为了能够量化分析物，必须量化降解的金属的量。因此，本发明还涉及包括以下附加步骤的实施方案：

D)电学或电化学地检测和/或量化降解的金属。

使用与用于驱动降解反应的电极相同或不同的电极进行溶解的金属的检测。阳极溶出伏安法、阻抗光谱法或类似技术上的电镀电极电阻变化是用于量化降解的金属的合适的技术。

步骤“电学或电化学地量化降解的金属”可以包括通过施加电镀电位将降解的金属(金属离子)电镀到电极，诸如电镀电极或检测电极，并随后溶解电镀的金属。电镀的金属的随后溶解产生与电镀的金属的量成比例，并因此与样品中存在的分析物的量成比例的电流。因此，本发明的一个实施方案涉及一种方法，其中步骤D)包括电镀由于向检测电极施加电镀电位而由降解所导致的金属颗粒，并且随后测定由电镀的金属颗粒的电化学溶解所引起的电流。金属电镀可以在施加降解触发电位期间或之后进行。

本发明的一个方面涉及包括本发明的方法的生物测定，其可以包括以下步骤：

A1)提供与对溶液内的分析物具有特异性的分子缀合的金属块或金属颗粒；

A2)将A1)的溶液添加到其中对所述分析物具有特异性的另一分子结合至电极并且已经结合所述分析物的装置中；

A3)允许所述金属颗粒与所述分析物结合；

B)使所述金属与含有非活性前体的溶液接触；

C)向所述含有非活性前体的溶液施加电化学电位，并且从而产生降解所述金属的溶液；

D)电学或电化学地量化所述降解的金属。

本发明的另一方面涉及包括本发明的方法的生物测定，其可以包括以下步骤：

A2)将A1)的溶液添加到其中对所述分析物具有特异性的另一分子结合至电极的装置中；

A2')允许所述分析物与对所述分析物具有特异性并结合至所述电极的分子结合；

A3)允许所述金属颗粒与所述分析物结合(经由对所述分析物具有特异性并与所述金属颗粒缀合的分子)；

B)使所述金属与含有非活性前体的溶液接触；

C)经由所述电极向所述含有非活性前体的溶液施加电化学电位，并且从而产生降解所述金属的溶液；

D)电学或电化学地量化所述降解的金属。

上述步骤的时间顺序可以改变或者可以同时发生。

A1)提供包括基底的装置，所述基底具有至少两个电极，所述至少两个电极与对结合至所述基底的分析物具有特异性的分子邻近；

A2)向A1)的装置中添加与对分析物具有特异性的另一分子缀合的金属块或金属颗粒；

A3)将非活性蚀刻前体添加到所述装置中；

B1)将含有分析物(如样品)的溶液添加到A3的装置中；

B2)允许所述溶液溶解所述金属颗粒和非活性前体；

B3)允许所述分析物与所述金属颗粒结合；

B4)允许所述分析物与所述基底上的分子结合；

B5)允许所述溶液与A3)装置的电极接触；

C)经由所述电极向含有非活性前体的溶液施加电化学电位，并且从而产生降解所述金属的溶液；

D)电学或电化学地量化所述降解的金属。

上述步骤的时间顺序可以改变或者可以同时发生。因此，邻近意指至少一个电极和对结合至基底的分析物具有特异性的分子之间的距离不大于10mm，优选小于3mm，甚至更优选小于1mm。

A1)提供与对分析物具有特异性的分子缀合的并且在溶液内自由浮动的金属块或金属颗粒；

A2)将分析物(如样品中的)添加到A1)的溶液中；

A3)将A2)的溶液添加到其中固定有已知量的分析物的装置中；

A3)允许所述金属颗粒与固定的分析物结合；

B)使所述金属与含有非活性前体的溶液接触；

D)电学或电化学地量化所述降解的金属。

A1)提供包括基底的装置，所述基底具有至少两个电极，所述至少两个电极与已知量的结合至所述基底的分析物分子邻近，所述分析物分子经由对所述分析物具有特异性的缀合分子特异性地结合至金属颗粒；

A2)将非活性蚀刻前体添加到所述装置；

B1)将含有分析物的溶液(如样品)添加到A2)的装置中；

B2)允许所述溶液溶解非活性前体；

B3)允许用自由浮动的分析物替换基底结合的分析物，使一部分金属颗粒从所述基底脱离；

B4)允许所述溶液与A3)的装置的电极接触；

C)经由所述电极向含有非活性前体的溶液施加电化学电位，并且从而产生降解剩余金属的溶液；

D)电学或电化学地量化所述降解的金属。

本发明还可以包括至少一个洗涤步骤，其中未结合的分析物分子和/或未结合的金属颗粒被洗去。另外，它可以适合于阻断与测定的不同组分例如金属颗粒的非特异性结合。本领域技术人员知道或能够确定何时需要这种洗涤或阻断步骤。

实施本发明的方法的优选测定是侧向流测定。侧向流测定是将多种试剂和处理步骤组合在一个测定带中的测定的子集，从而提供用于检测分析物的灵敏且快速的手段。在侧向流测定中，可以将非活性前体干燥地添加到缀合垫或另外的单独的垫中。

在一般方法中，将怀疑含有分析物的液体样品施加到多孔载体上，所述多孔载体可以由几种组分的布置组成。更具体地：将其引入多孔载体的取样端(也称为“近端”)中的指定区域，持续测量时间如5秒或测量体积如2滴。随后，液体样品在多孔载体内向干燥端(也称为“远端”)的方向迁移。当在多孔载体中迁移时，样品移动已可逆地(暂时)固定在多孔载体中的充当标记物的金属颗粒。供选择地，金属颗粒可以与样品溶液一起添加。当分析物与缀合的金属颗粒相互作用时，液体样品和移动的金属颗粒在多孔载体中进一步迁移到检测区，在检测区中结合相同分析物的试剂通常以线的形式(也可以是点)被定位或固定。当分析物存在于液体样品中时，形成移动的金属颗粒：分析物：固定的试剂形式的“夹心”，并且所得到的金属颗粒的浓度可以导致在检测区中出现可见的线，这指示阳性结果。供选择地，金属颗粒首先使用本发明的方法降解为可检测的。在每种情况下，金属颗粒可以使用本发明的用于金属降解的方法来量化，因此分析物可以使用本发明的用于金属降解的方法来量化。

因此，非活性前体也被样品流体溶解并被一起输送至检测区。为了量化吸附的金属颗粒，首先使用本发明的方法溶解该颗粒，然后通过使用相同或不同的电极经由阳极溶出伏安法、阻抗光谱法或电极电阻变化检测溶解的金属分子。

在检测区之后可以有对照区，其中固定有另一种试剂。该试剂直接结合到缀合的颗粒上。如果测试进行得适当，则它用作对照。对照物可以被光学分析或用所述的本发明方法分析。

本发明的第二方面涉及用于执行上述方法的装置。因此，本发明的一个实施方案涉及用于金属的电化学控制的降解的装置，其包括至少两个电极，自由浮动或吸附在不通过电化学电路直接电连接的基底上或吸附在不通过电化学电路直接电连接的基底中的金属块或金属颗粒，和含有非活性前体的溶液，其中向含有非活性前体的溶液施加电化学电位适合产生降解金属的溶液。

优选的是，非活性前体是卤化物。另外，结合上述方法公开的所有方面也应当适用于该装置。该装置还可以包括电源和至电极的导体。另外，优选的是，该装置还包括参比电极。因此，该装置的一个实施方案包括三个电极。两个电极用于施加用于电化学产生降解金属的溶液的电化学电位，并且一个电极是参比电极。

该金属块或金属颗粒可以吸附在基底上或吸附在基底中，并且其中该基底是非导电基底或具有非导电涂层的导电基底。该装置可以包括外壳和/或背衬，该外壳和/或背衬包括基底以及电极。用于该装置的建议的实例是使用具有工作电极、对电极和参比电极的三电极装置。工作电极可以由任何导电材料或导电材料如碳、石墨烯、碳纳米管、金、银、氯化银、铂、硼掺杂金刚石、汞滴、铋或氧化铟锡的组合制成。对电极可以由任何导电材料或导电材料如碳、石墨烯、碳纳米管、金、银、氯化银、铂、硼掺杂金刚石、汞滴、铋或氧化铟锡的组合制成。参比电极可以由任何导电材料或导电材料如碳、石墨烯、碳纳米管、金、银、氯化银、铂、硼掺杂金刚石、铋、汞滴或氧化铟锡的组合制成。

本发明的另一个实施方案涉及一种装置，其包括至少一对或第一对电极和第二对电极，所述至少一对或第一对电极用于检测溶解的金属，所述第二对电极用于施加用于电化学产生降解金属的溶液的电化学电位。为了使用所述方法或装置快速降解金属颗粒并精确测量金属的溶解量的目的，使用具有包括多于一个工作电极的多于两个电极的电极装置不是必需的，但是有益的。一个(子集)工作电极(多个工作电极)可以用于产生溶解化学物质，而另一个(子集)工作电极(多个工作电极)可以用于检测溶解的金属，并且可以或可以不涉及溶解化学物质的产生。

优选的是，根据本发明的装置适合溶液中的分析物的量化。因此，该装置可以设计成具有用于生物测定诸如侧向流测定的一般装置。该装置可以是允许所谓的一锅测定的单个测定室。

溶解金属的最精确量化可以通过使用微米尺寸或纳米尺寸的检测工作电极(多个工作电极)来实现。为了最大化信噪比，可以通过使用多个微米尺寸或纳米尺寸的检测工作电极来获得最佳结果，所述检测工作电极被布置和连接以最大化在电镀期间捕获的降解金属的量，并且同时最小化出现的背景电流。

在一个实施方案中，动态范围可以随着对于不同分析物浓度范围配置的多个检测区域而增加。每个区域是对于不同试剂浓度范围的报告，使得测定或装置的总动态范围增加，因为它是各个浓度范围的组合。该效果可以通过具有恒定或不同浓度的分析物结合分子的多个检测区域来实现。供选择地，对于不同的区域，金属颗粒的电化学降解时间可以从短到长而变化。这可以实现大的动态范围，而且在不需要长的降解时间的情况下支持快速的测试结果。第三种方法是在不同的检测区域施加不同浓度的非活性前体。这可以通过在单独的隔离信道中多路复用来实现。因此，一个实施方案涉及包括多个检测区域的本发明的装置，其可以被不同地配置，例如使得每个区域的动态范围处于不同的浓度范围中，以增加装置的组合的总动态范围或改善量化精度。还可以量化几种不同的分析物。因此，一个实施方案涉及适用于多路复用检测不同分析物的本发明的装置。多路复用测量可以在时间或位置上彼此相继地或者彼此相邻地或者彼此堆叠地、或者通过使用不同的金属或不同的电极进行。

本发明还涉及一种使用至少一个参考区域的装置。通过使用电化学或光学读出方法或一种或多种电化学参考物诸如另外开发的电活性物质，可以是阳性或阴性对照参考物或其组合。

本发明的另一个实施方案是一种用于金属的电化学控制的降解的试剂盒，其包括：

至少两个电极；

金属颗粒，其可以缀合至如上定义的生物分子；

如上定义的非活性前体，其可以在溶液中。

这些试剂盒还可以包括用于溶解非活性前体的溶液、结合分析物的分子、封闭缓冲液、对照或标准试剂。分子生物学或医学诊断学中的试剂盒是包括用于执行某种方法或单一步骤的所有必需成分的包装。通常不包括在任何标准分子生物学、化学或医学实验室中存在的标准化学品。然而，这些标准化学品中的一些对于适当地执行本发明的测定或方法可能是不可缺少的。应当理解，对于大多数科学、诊断和工业应用，所有成分以允许适当执行期望的反应的量提供。通常，但不总是，这些成分以准备使用或接近准备使用的已经制备的溶液提供。也可以是已经添加在一起的不同成分的组合。进一步的优点是这种试剂盒的使用有待验证。因此，操作者不必再次证明诊断方法的可行性，并且可以节省至少一些对照实验。因此，试剂盒在研究、诊断和工业的实验室中是非常受欢迎的工具。

附图简述

图1示出根据本发明的方法和用于该方法的装置的示意性概览。

图2示出根据本发明的适合于检测分析物的方法和用于检测和量化分析物的测定室的示意性概览。

图3示出适合于执行根据本发明的方法的装置的示意性概览(顶视图)，该装置被布置为侧向流测定。

图4示出适合于执行根据本发明的方法的装置的示意性概览(侧视图)，该装置被布置为侧向流测定。

图5示出用于图3所示装置的供选择的电极设计的顶视图。

图6示出用于图3所示装置的另一供选择的电极设计的顶视图。

图7示出用于图3所示装置的膜形状的供选择的设计的顶视图。

图8示出适合的包括配置用于不同目标浓度范围的多个检测区域的测定的示例性设计。

图9示出用于获取图10至14中所示的测量值的装置。

图10示出在由牛血清白蛋白层绝缘的透明氧化铟锡电极上的金纳米颗粒的光学显微镜图像，其示出电绝缘颗粒的成功蚀刻。

图11以曲线图示出如图9中的装置的实验结果。在溶液中有和没有碘化钾的情况下，在施加电位循环的情况下，将颗粒散射强度对时间作图。

图12以曲线图示出如图9中的装置的实验结果，具有施加的恒定电位和不同量的碘化钾。

图13以曲线图示出如图9中的装置的实验结果，具有恒定量的碘化钾和不同的施加的电位。

图14说明用于根据本发明的方法的生物传感应用的概念验证实验装置，其用于获取图15中所示的实验测量值。

图15以曲线图示出如图14中的装置的实验结果，其中在溶解不同量的金颗粒之后量化读出电流。

优选实施方案的描述

以下该方法的实施方案的更详细描述是本技术的示例性实施方案的代表，其中，相似的部分始终由相同的标号来表示。

图1示出根据本发明的方法和用于该方法的蚀刻室的示意性概览。在室内布置有三个电极—对电极102、工作电极106和参比电极104。该装置还包括电源100和至电极(101、103、105)的导体。包含I^-的溶液被填充在室内并且与电极和至少一种金属颗粒(107，诸如金)接触。只要电源关闭，就不会发生蚀刻。电源的激活(图1B)导致从I^-(108；或使用其它卤化物分子的类似反应)局部产生I^3-，并导致金属颗粒的有效蚀刻。在第一反应121中，形成元素碘122，并且在第二反应123中，该元素碘与金颗粒反应，得到：AuI₂ 124。该反应也可用于溶解Ag、Pt或其它金属颗粒。对电极和参比电极可以是两个单独的电极或熔合到一个电极上。

图2示出根据本发明的适合于检测分析物的方法和用于检测和量化分析物的测定室的示意性概览。用于分子的检测和量化的测定室。在图2A)中，完成分析物分子204的结合的测定。分析物204已经结合到受体分子203(如捕获IgG)，并且金属颗粒206已经缀合到第二受体分子205(如报告IgG)。在结合测定期间，第二受体分子205结合到分析物204。在图2B)中，蚀刻反应开始，导致金属颗粒206溶解成金属离子220。当使用溶解电极201和对电极207施加电化学电位时，进行蚀刻反应。向检测电极202(对电极208)施加电镀电位导致金属离子在检测电极202上的电镀(电镀金属离子240)。电镀金属颗粒240的电化学溶解产生与电镀金属的量成比例并因此与样品中存在的分析物分子204的量成比例的电流。

图3示出适合执行根据本发明的方法的装置的示意性概览(侧视图和顶视图)，该装置被布置为适合检测液体样品中的分子的侧向流测定。图3A)示出侧视图。样品沉积在样品垫300上，并通过垫和过滤膜303芯吸到收集垫306和读出装置307。电极和样品载体带由绝缘体317隔开。

图3B)示出示例性侧向流测定的顶视图。基底底部308支撑由过滤膜301隔开的样品垫300和缀合垫302。样品载体带303包括检测区域304和对照区域305。在末端布置有收集垫。

图3C)示出没有显示下层结构的垫和膜的顶视图。这里可以看到电极的布置，其出现两次，一组用于样品检测，一组用于对照条。测试对电极309位于测试参比电极310旁边，并且后面是测试工作电极311(溶解电极)。测试工作电极312(检测电极)位于其旁边。用于对照的组包括对照对电极313、对照参比电极314、对照工作电极(溶解电极)315和对照工作电极(检测电极)316。图3D)示出没有显示下层结构的垫、膜和绝缘层的另一顶视图。

图中示出适合执行根据本发明的方法的供选择的装置的示意性概览(侧视图)，该装置被布置为侧向流测定，并且是图3所示装置的供选择的设计。一个区别是包括测试工作电极312(检测电极)的基底顶部400。

图5示出供选择的的电极设计，其中对照对电极313和测试参比电极310围绕测试工作电极312(检测电极)同心布置。

图6是适用于根据本发明的装置的检测电极的供选择的设计。检测电极312可以是一个区域，或者可以由绝缘体317分隔成几个区域。

图7示出图3或图4所示装置的膜形状的供选择的设计的顶视图。膜的厚度可以减小到检测区域304和对照区域305所处的中间(分析物溶液的浓度)。

图8示出适合的包括配置用于不同目标浓度范围的多个检测区域的测定的示例性设计，用于增加的总体动态范围或用于改善的量化准确度或用于不同分子的多路复用量化。如图8A所示，不同的检测区域(800，801，802)可以一个接一个地位于样品载体带303上，并且后面是一个对照区域305。供选择地，样品载体带303可以被多通道屏障806、807分成不同的通道(例如，平行定位)，其中每个通道包括一个各自的检测区域(800、801、802)和一个对照区域(803、804、805)。优选的是，各个检测区域(800、801、802)和对照区域(803、804、805)显示交错布置。

图9A示出用于概念验证实验的装置。氧化铟锡涂覆的显微镜载玻片(图9B中所示)用牛血清白蛋白涂覆，随后用金纳米颗粒(40nm)涂覆。将载玻片进一步安装在提供允许使用暗场显微镜原位成像的开放孔的流动池中)。

在添加150mM NaCl溶液后，金纳米颗粒在施加-0.2至1.4V的6个循环的循环伏安法时显示恒定的强度(参见图10(a)和图11(a))。如图10(b)和图11(b)所说明的，在添加3mM的在150mM NaCl中的KI的溶液后，Au纳米颗粒在施加电化学电位之前保持不变，但是当施加的电位达到1.2V时，它们被非常快速地蚀刻。根据图12中碘化钾的用量和图13中施加的过电位，使用相同的装置(图9)来测量溶解动力学。

图14示出用于概念验证实验的另一装置，即具有三个电极装置和侧向流测定条带的电化学侧向流测定的概念验证实施方案。将吸附的金纳米粒子的线添加到所述带上，并在图14A中示出。金纳米颗粒电化学溶解后的相同装置如图14B所说明的。金纳米颗粒用生物素官能化，并且检测/量化线用链霉抗生物素蛋白官能化，链霉抗生物素蛋白特异性地结合金纳米颗粒上的生物素。在金纳米粒子(圆圈)溶解和没有金纳米粒子的对照实验(十字)之后，使用上述测试带的循环伏安法的相应读出电流示于图15(a)中。图15(b)示出金纳米颗粒的稀释系列的峰值电流的线性响应。

Claims

1.一种用于金属的电化学控制的降解的方法，其包括以下步骤：

B)将金属或金属颗粒与含有非活性前体的溶液接触；

C)向含有非活性前体的溶液施加电化学电位，并且从而产生降解金属或金属颗粒的溶液。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述非活性前体是卤化物。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中至少两个电极用于施加用于电化学产生降解所述金属或金属颗粒的溶液的电化学电位。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述金属或金属颗粒被吸附在基底上或被吸附在基底中，并且其中所述基底是非导电基底或具有非导电涂层的导电基底。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

D)电学或电化学地量化降解的金属。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，所述方法用于量化溶液中的分析物。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，所述方法用于在侧向流测定中检测分析物的存在和/或量化分析物，所述侧向流测定可以作为竞争性或夹心测定操作和/或用于在单个实验中同时检测多种分析物的存在。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，其中步骤D)包括电镀由于向检测电极施加电镀电位而由降解所导致的金属离子，并且随后测定由电镀的金属离子的电化学溶解所引起的电流。

9.用于金属的电化学控制的降解的装置，其包括：

至少两个电极，

自由浮动或吸附在不通过电化学电路直接电连接的基底上或吸附在不通过电化学电路直接电连接的基底中的金属块或金属颗粒，和

含有非活性前体的溶液，

其中向含有非活性前体的溶液施加电化学电位适合于产生降解金属的溶液。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述非活性前体是卤化物。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其包括三个电极，其中两个电极适合于施加用于电化学产生降解金属的溶液的电化学电位，并且一个电极是参比电极或对照电极，或者

包括至少四个电极，其中这些电极是：至少两个工作电极，一个对电极和一个作为参比或对照电极的电极，或者

包括至少两组电极，其中每组包括至少一个检测电极、至少一个溶解电极、至少一个对电极和至少一个参比电极。

12.根据权利要求9-11中任一项所述的装置，其中所述金属块或金属颗粒被吸附在基底上或吸附在基底中，并且其中基底是非导电基底或具有非导电涂层的导电基底。

13.根据权利要求9-12中任一项所述的装置，其中所述金属是与能够特异性结合至分析物的分子缀合的金属颗粒。

14.根据权利要求9-13中任一项所述的装置，其包括用于检测溶解的金属的电极，该电极与用于施加用于电化学产生降解金属的溶液的电化学电位的电极不同，和/或其包括布置在几个检测区域内的用于检测溶解的金属的几个电极，其中每个检测区域涉及单个分析物或涉及特定的分析物浓度。

15.根据权利要求9-14中任一项所述的装置，其适合于溶液中分析物的量化。