CN206387760U - 一种集成性可自由组合的多电极系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于传感器技术领域，提供了一种集成性可自由组合的多电极系统，包括电极基座和多个工作单元，电极基座设有可插接工作单元的多个插槽，并且还依序设有辅助电极、参比电极、阳性对照电极以及阴性对照电极，多个插槽与多个工作单元一一相对应；每个工作单元都包括至少两个工作电极。由此通过上述多电极系统，可自由组合工作电极的数量，实现在同一测量系统中，对多种不同成分进行检测，有效提高工作电极的使用效率和减少了检测的工序；同时，工作电极的集中化使其体积更小，可选择性使其操作更灵活。

Description

一种集成性可自由组合的多电极系统

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，特别是涉及一种集成性可自由组合的多电极系统。

背景技术

生物传感器是一类特殊形式的传感器，由生物分子识别元件与各类物理、化学换能器组成，用于各种生命物质和化学物质的分析和检测。生物传感器融生物学、化学、物理学、信息科学及相关技术于一体，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法，已经发展成为一个十分活跃的研究领域。

电化学生物传感器则是由生物材料作为敏感元件，电极作为转换元件，以电势或电流为特征检测信号的传感器。由于使用生物材料作为传感器的敏感元件，因此电化学生物传感器具有高度选择性，是快速、直接获取复杂体系组成信息的理想分析工具。一些研究成果已在生物技术、食品工业、临床检测、医药工业、生物医学、环境分析等领域获得实际应用。

目前，电化学传感器的电极多为二电极或三电极体系，研究中使用一般为三电极系统。图1示出了现有技术涉及的三电极系统的具体结构，三电极系统40包括工作电极401，参比电极402和辅助电极403，三电极系统40只提供一个工作电极401，测量时只能对单一成分的单一性质进行检测，对被检成分的品质要求高，增加了复杂体系检测的工作量，限制三电极体系40的使用效率。

因此，现有的电化学传感器的电极技术存在因二电极或三电极只能对单一成分的单一性质进行检测导致检测效率低的问题。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种集成性可自由组合的多电极系统，旨在解决现有的电化学传感器的电极技术存在因二电极或三电极只能对单一成分的单一性质进行检测导致检测效率低的问题。

本实用新型提供了一种集成性可自由组合的多电极系统，所述多电极系统包括：

电极基座和多个工作单元；

所述电极基座设有可插接所述工作单元的多个插槽，并且还依序设有辅助电极、参比电极、阳性对照电极以及阴性对照电极，多个所述插槽与多个所述工作单元一一相对应；

每个所述工作单元都包括至少两个工作电极。

本实用新型实施例提供了一种集成性可自由组合的多电极系统，包括电极基座和多个工作单元，电极基座设有可插接工作单元的多个插槽，并且还依序设有辅助电极、参比电极、阳性对照电极以及阴性对照电极，多个插槽与多个工作单元一一相对应；每个工作单元都包括至少两个工作电极。由此通过上述多电极系统，可自由组合工作电极的数量，实现在同一测量系统中，对多种不同成分进行检测，有效提高工作电极的使用效率和减少了检测的工序；同时，工作电极的集中化使其体积更小，可选择性使其操作更灵活，解决了现有的电化学传感器的电极技术存在因二电极或三电极只能对单一成分的单一性质进行检测导致检测效率低的问题。

附图说明

图1为现有技术涉及的三电极系统的具体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种集成性可自由组合的多电极系统的工作单元正面结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种集成性可自由组合的多电极系统的工作单元反面结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种集成性可自由组合的多电极系统的电机基座正面结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种集成性可自由组合的多电极系统的电机基座反面结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种集成性可自由组合的多电极系统的工作单元与电极基座组合正面结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种集成性可自由组合的多电极系统的工作单元与电极基座组合反面结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供的一种集成性可自由组合的多电极系统，主要应用于电化学传感器中，其包括电极基座和多个工作单元，电极基座设有可插接工作单元的多个插槽，并且还依序设有辅助电极、参比电极、阳性对照电极以及阴性对照电极，多个插槽与多个工作单元一一相对应，每个工作单元都包括至少两个工作电极，通过上述多电极系统，可自由组合工作电极的数量，实现在同一测量系统中，对多种不同成分进行检测，有效提高工作电极的使用效率和减少了检测的工序；同时，工作电极的集中化使其体积更小，可选择性使其操作更灵活。

图2和图3分别示出了本实用新型实施例提供的一种集成性可自由组合的多电极系统的工作单元正面结构和反面结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

上述工作单元10依序设有四个工作电极，分别为第一工作电极101、第二工作电极102、第三工作电极103以及第四工作电极104，每个所述工作单元10的多个所述工作电极的检测顺序也依次为所述第一工作电极101、所述第二工作电极102、所述第三工作电极103以及所述第四工作电极104。

图4和图5分别示出了本实用新型实施例提供的一种集成性可自由组合的多电极系统的电机基座正面结构和反面结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

上述电极基座设有可插接所述工作单元的多个插槽(201～207)，并且还依序设有第一辅助电极301、第一阳性对照电极302、第二阳性对照电极303、第二阴性对照电极304、第一阴性对照电极305、第二辅助电极306以及参比电极307，多个所述插槽与多个所述工作单元一一相对应，并且在工作过程中，多个所述插槽可根据需要插接多个所述工作单元中的任意一个或多个。

图6和图7分别示出了本实用新型实施例提供的一种集成性可自由组合的多电极系统的工作单元与电极基座组合正面结构和反面结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

该种集成性可自由组合的多电极系统，包括电极基座20和多个工作单元10。

所述电极基座20设有可插接所述工作单元10的多个插槽，并且还依序设有辅助电极、参比电极、阳性对照电极以及阴性对照电极，多个所述插槽与多个所述工作单元一一相对应，并且在工作过程中，多个所述插槽可根据需要插接多个所述工作单元中的任意一个或多个。

每个所述工作单元都包括至少两个工作电极。

作为本实用新型一实施例，上述辅助电极的数量为两个，阳性对照电极以及阴性对照电极的数量也都为两个，阳性对照电极和阴性对照电极是用来检测缓冲液的有效性，该多电极系统使用特制的缓冲液，杂交和检测过程就不用换液；同时，设置两个辅助电极使电极极化作用主要集中在工作电极上，提高检测的灵敏度，降低各工作电极与辅助电极之间的距离影响和测量的误差。

作为本实用新型一实施例，每个所述插槽都包括第一位点、第二位点、第三位点以及第四位点，所述第一位点与所述第一工作电极101相连接，所述第二位点与所述第二工作电极102相连接，所述第三位点与所述第三工作电极103相连接，所述第四位点与所述第四工作电极104相连接。

作为本实用新型一实施例，所述第一位点与第一开关相连接，所述第二位点与第二开关相连接，所述第三位点与第三开关相连接，所述第四位点与第四开关相连接，所述第一开关用于控制所述第一位点的工作状态，所述第二开关用于控制所述第二位点的工作状态，所述第三开关用于控制所述第三位点的工作状态，所述第四开关用于控制所述第四位点的工作状态。所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关具体为三极管、场效应管以及机械开关中的任意一项。通过对第一位点、第二位点、第三位点以及第四位点进行单独控制，可实现控制每个工作单元10中的第一工作电极101、第二工作电极102、第三工作电极103以及第四工作电极104的同时工作或者依序工作，该种控制方式简单易行。

作为本实用新型一实施例，所述第一位点、所述第二位点、所述第三位点以及所述第四位点都与控制开关相连接，所述控制开关用于控制所述第一位点、所述第二位点、所述第三位点以及所述第四位点的工作状态。所述控制开关具体为三极管、场效应管以及机械开关中的任意一项。通过对第一位点、第二位点、第三位点以及第四位点进行合并控制，可实现控制每个工作单元10中的第一工作电极101、第二工作电极102、第三工作电极103以及第四工作电极104的同时工作。

作为本实用新型一实施例，所述多电极系统与电源相连接，所述电源对所述多电极系统进行供电，所述电源与多个所述插槽一一对应相连接。所述电源可以是具备固定电压的直流电源VCC，直流电源VCC的参考电压为5V。整个多电极系统工作时接通电源，由外接的集成线路控制工作电极的工作状态，电极基座上的每个电极通过缓冲液覆盖连接。其中，工作电极按顺序一个一个地进行检测，也可以是一个工作单元上的四个工作电极同时进行检测，即可得出检测结果。

上述多电极系统具体为7+4n型多电极系统，分为两部分实现其自由组合功能：附有四个工作电极的工作单元(W1，W2，W3，W4)；带有七个电极的电极基座，包括两个辅助电极(C1，C2)，一个参比电极(R)，两个阳性对照电极(PC1，PC2)，两个阴性对照电极(NC1，NC2)，并设有七个插接槽。工作单元与电极基座均为正反双面设置：正面为测量体系的接触面，各电极均裸露在表面，其余部分由绝缘层覆盖；反面为电极的电流线分布，电流线有小部分裸露在基座表面，以供测量时接触，其余部分由绝缘层覆盖。

电极基座20表面设有插接槽，可对应插入1～7个工作单元，每个工作单元10按顺序进行测量工作。工作单元10表面的四个电极则可对应1～4种不同成分按顺序进行测量发工作。此多电极系统相对于三电极系统，在针对复杂体系进行大量信息检测时，减少了工作电极的使用数量。工作电极单独集中处理，提升处理效率，减少了电极占据的空间。多个工作电极处于同一检测体系，按需求针对检测复杂体系的各种成分，简化了检测样品的前处理工作。

7+4n型电极系统在工作时，可选择性使用工作单元的数量，减少了电极的使用数量，可有效节约成本，工作电极的集中化使其体积更小，通量可选择性使其操作更灵活。

以下通过检测DNA样本的SNP位点为实施方案对上述一种集成性可自由组合的多电极系统的工作原理进行描述：

工作电极为金电极(也可为其它电极如碳电极、氯化银电极等)，此处针对电化学DNA传感器中电极的使用，以金电极为实施例。将基因探针通过自组装过程固定在金电极表面，由于工作单元的设计，固定探针类型最少可为4种。对工作电极W1～W4设置如下：

W1:3’-XXXXXXXX-A-XXXXXXXX-5’

W2:3’-XXXXXXXX-T-XXXXXXXX-5’

W3:3’-XXXXXXXX-C-XXXXXXXX-5’

W4:3’-XXXXXXXX-G-XXXXXXXX-5’

A/T/C/G位待检测位点，X为已知序列。

在电极基座上对阳性对照和阴性对照的电极进行oligo18T探针固定处理。

电极处理完毕后，将工作单元与电极基座通过插接槽组合在一起，形成检测的完整体系，即可进行一次检测。

检测时杂交缓冲液覆盖所有电极表面，DNA样品直接加入杂交缓冲液中，无需进行单一成分纯化处理，工作电极表面的基因探针特异识别杂交缓冲液中的同源序列，进而杂交形成双链DNA，使得电极表面性质发生改变。检测从阳性对照电极，检测顺序为PC1--PC2--NC1--NC2--工作单元，工作单元上的电极检测顺序为W1--W2--W3--W4，至此，一个SNP位点检测完毕。

通过固定在检测探针上的电活性指示剂在电化学工作站的运行下发出电流响应信号，由外部信息收集器接收电流信号，经分析工作电极W1～W4所产生的电流信号，判定DNA样品中特定基因位点的SNP基因型，如工作电极W2与W3上有电流响应信号，则可判定SNP基因型为AG。

上述7+4n型电极系统主要是针对多个基因位点检测电极基座上至少可接1个工作单元，至多可接7个工作单元，所以7+4n型电极系统最多可一次性检测7个SNP位点，相较于三电极系统的单一性检测，很大程度上提高了检测速率，此电极系统的集成性使用将有效的提高电化学分析检测的通量，同时节约材料成本，并降低检测样品的用量。

综上所述，本实用新型实施例提供了一种集成性可自由组合的多电极系统，包括电极基座和多个工作单元，电极基座设有可插接工作单元的多个插槽，并且还依序设有辅助电极、参比电极、阳性对照电极以及阴性对照电极，多个插槽与多个工作单元一一相对应；每个工作单元都包括至少两个工作电极。由此通过上述多电极系统，可自由组合工作电极的数量，实现在同一测量系统中，对多种不同成分进行检测，有效提高工作电极的使用效率和减少了检测的工序；同时，工作电极的集中化使其体积更小，可选择性使其操作更灵活，解决了现有的电化学传感器的电极技术存在因二电极或三电极只能对单一成分的单一性质进行检测导致检测效率低的问题。本实用新型实施例实现简单，不需要增加额外的硬件，可有效降低成本，具有较强的易用性和实用性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种集成性可自由组合的多电极系统，其特征在于，所述多电极系统包括：

电极基座和多个工作单元；

所述电极基座设有可插接所述工作单元的多个插槽，并且还依序设有辅助电极、参比电极、阳性对照电极以及阴性对照电极，多个所述插槽与多个所述工作单元一一相对应；

每个所述工作单元都包括至少两个工作电极。

2.如权利要求1所述的多电极系统，其特征在于，每个所述工作单元依序设有四个工作电极，分别为第一工作电极、第二工作电极、第三工作电极以及第四工作电极，每个所述工作单元的多个所述工作电极的检测顺序依次为所述第一工作电极、所述第二工作电极、所述第三工作电极以及所述第四工作电极。

3.如权利要求2所述的多电极系统，其特征在于，每个所述插槽都包括第一位点、第二位点、第三位点以及第四位点；

所述第一位点与所述第一工作电极相连接，所述第二位点与所述第二工作电极相连接，所述第三位点与所述第三工作电极相连接，所述第四位点与所述第四工作电极相连接。

4.如权利要求3所述的多电极系统，其特征在于，所述第一位点与第一开关相连接，所述第二位点与第二开关相连接，所述第三位点与第三开关相连接，所述第四位点与第四开关相连接，所述第一开关用于控制所述第一位点的工作状态，所述第二开关用于控制所述第二位点的工作状态，所述第三开关用于控制所述第三位点的工作状态，所述第四开关用于控制所述第四位点的工作状态。

5.如权利要求4所述的多电极系统，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关具体为三极管、场效应管以及机械开关中的任意一项。

6.如权利要求3所述的多电极系统，其特征在于，所述第一位点、所述第二位点、所述第三位点以及所述第四位点都与控制开关相连接，所述控制开关用于控制所述第一位点、所述第二位点、所述第三位点以及所述第四位点的工作状态。

7.如权利要求6所述的多电极系统，其特征在于，所述控制开关具体为三极管、场效应管以及机械开关中的任意一项。

8.如权利要求1所述的多电极系统，其特征在于，所述多电极系统与电源相连接，所述电源对所述多电极系统进行供电，所述电源与多个所述插槽一一对应相连接。