CN208705263U - 一种基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片，该纸基试片包括纸基底层和电极层，电极层印刷在纸基底层上，纸基底层包含疏水层和亲水层，疏水层和亲水层共同构成了导流沟道，电极层分为去干扰叉指电极系统和测量电极系统，去干扰叉指电极系统和测量电极系统都设有工作电极和参考电极。其中测量电极系统上可修饰生物化学试剂。测试时，待测样品液从导流沟道入口流入，其中的干扰物在去干扰叉指电极系统处因先行发生电化学反应而被消耗；当待测样品液流动到测量电极处时，测量电极系统处所修饰的生物化学试剂再与目标分析物发生反应，此时产生的电化学电流中已经不包含干扰物产生的电化学电流，从而实现了抗干扰的目的。

Description

一种基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片

技术领域

本实用新型属于电化学领域，具体涉及一种测定液体样品中目标分析物浓度的去干扰电化学纸基试片。

背景技术

电化学试片常被应用于液体样品中目标分析物浓度的测定，常见的电化学试片大多以PET、PVC、陶瓷为基底，电极形态采用典型的两电极或三电极系统，比如已商品化的血糖、尿酸、胆固醇电化学试片。这些电化学试片的工作电极上往往修饰有生物化学试剂，通过检测目标分析物在生物化学试剂作用下产生的氧化或还原电流来实现对目标分析物的定量检测。

然而在液体样品中往往含有目标分析物以外的化学物质，比如血液样品中的扑热息痛、抗坏血酸、胆红素、多巴胺、龙胆酸、左旋多巴、尿酸等，该类化学物质也会在工作电极上发生氧化或还原反应，影响目标分析物的电流响应，从而影响电化学试片的测量精度。因此，降低或去除干扰物，提高电化学试片的抗干扰能力，对提高电化学试片的测量准确度具有重要意义。

目前，降低或消除干扰物的方法主要有以下几种：(1)在工作电极表面覆盖一层带负电高分子薄膜(如Nafion)，利用静电排斥原理阻碍各种带负电的干扰物(如抗坏血酸和尿酸)到达电极表面；(2)在工作电极表面修饰一层尺寸选择薄膜，利用薄膜的尺寸选择效应排除部分大分子量的干扰物在工作电极发生电化学反应；(3)采用具有低氧化还原电位的电子介体，降低施加在工作电极的工作电压，降低干扰物在电极上的电化学反应。(4)在电化学传感器中增加第二工作电极，利用差分测量电路将第二工作电极上测得的干扰电流从工作电极的电流信号中扣除，消除干扰。(5)在工作电极表面修饰与主要干扰物对应的酶，利用酶促反应去除干扰物，防止干扰物在工作电极上发生电化学反应，消除干扰。尽管上述这些方法在电化学传感器的干扰消除上具有一定的作用，但存在单一方法只能消除部分干扰物、测量电路复杂以及电极加工工艺不简洁等缺点。因此，发展新的具有广泛抗干扰能力且性能优良的电化学传感器具有重要意义。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种新型基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术手段是：

一种基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片，其包括纸基底层和电极层；所述纸基底层包括处于同一平面上的疏水层和亲水层，亲水层一端与纸基底层的一侧边缘平齐用于作为流道入口，亲水层的其余侧边缘被疏水层包围，构成导流沟道；所述电极层印刷在纸基底层上，包括去干扰叉指电极系统、测量电极系统；去干扰叉指电极系统中设有第一工作电极和第一参比电极，第一工作电极和第一参比电极的检测端呈叉指形交错，交错的叉指电极阵列位于导流沟道中靠近流道入口一侧，第一工作电极和第一参比电极的引出端设置于纸基底层的另一侧；所述测量电极系统中设有第二参比电极和第二工作电极，第二参比电极和第二工作电极的检测端也位于导流沟道中，且在位于导流沟道中的位置处于所述叉指电极阵列的下游，第二参比电极和第二工作电极的引出端也设置于纸基底层的另一侧。

进一步地，所述去干扰叉指电极系统中的第一工作电极和第一参比电极为单指或多指结构。

进一步地，所述测量电极系统为三电极体系，其中还设有辅助电极，辅助电极的检测端位于导流沟道的末端，引出端也设置于纸基底层的另一侧。

进一步地，所述测量电极系统的第二工作电极上表面设有试剂滴加区域。

进一步地，所述纸基底层的材料为滤纸、层析纸、PVDF膜、NC膜、吸墨纸和Kleenex纸巾中的至少一种。

进一步地，所述第一工作电极、第一参比电极、第二参比电极、第二工作电极的引出端均连接电化学检测仪。

进一步地，所述的电极层中电极材料为碳浆、Ag/AgCl、掺杂石墨烯的碳浆、碳纳米管或普鲁士蓝。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型与现有技术相比，无需施加酶液，无需施加过滤膜，无需额外差分检测电路，无需添加具有低氧化还原电位的电子介体。检测时，待测样品液从导流沟道入口流入，其中的干扰物在去干扰叉指电极系统处先行发生电化学反应而被消耗，当待测样品液流动到测量电极处时，目标物再发生电化学反应，从而具有去干扰方法简单易行，电极试片加工和检测方法简单等优点。

(2)本实用新型采用叉指结构的电极。测量时，待测样品液在导流沟道内流动，待测样品液中的干扰物在叉指结构的电极上发生长时间电化学反应直至消耗殆尽，当待测样品液流动到测量电极系统处时，待测样品液中几乎没有干扰物，只有目标物发生电化学反应。因而本实用新型具有干扰物基本消除的优点。

(3)本实用新型采用的电极基底为纸基。以纸为基底，利用了纸张吸水、易得、廉价等优点，因此当纸片本身吸水性较强时，试片可不需要特殊的亲水处理，具有加工简单，成本低廉等优点。

附图说明

图1为本实用新型基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片的一种实施方式的结构示意图侧视图；

图2为本实用新型基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片的一种实施方式的结构示意图俯视图；

图中：纸基底层100、电极层200、疏水层101、亲水层102、导流沟道103、去干扰叉指电极系统201、测量电极系统202、工作电极203、参比电极204、参比电极205、工作电极206、辅助电极207、生物化学试剂208。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的说明。本实用新型中各种具体实现方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1和2所示，作为一种实施方式，本实用新型基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片可包括纸基底层100和电极层200两层主要结构。

纸基底层100是试片的主体，它由处于同一平面上的疏水层101和亲水层102组成。亲水层102一端与纸基底层100的一侧边缘平齐用于作为流道入口，亲水层102的其余侧边缘均被疏水层101包围，构成导流沟道103。当待测样品液滴加至亲水层102端部的流道入口时，由于亲水层102具有亲水性，而其周边的疏水层101具有疏水性，因此样品液会以亲水层102作为导流沟道103向另一端扩散，形成液体流动。在本实施例中，纸基底层100的材料可以是滤纸、层析纸、PVDF膜、NC膜、吸墨纸和Kleenex纸巾中的一种或多种。而疏水层101可以采用经过光刻法、蜡印法、喷墨法、PDMS绘图法中的一种或多种处理后的纸基底层100，此类纸片具有疏水性。同理亲水层也可以采用经过等离子亲水处理的纸基底层100，使试剂流动更为均匀。当然假如纸基底层100本身具有亲水性，也可无需进行亲水处理。

电极层200是将电极材料通过丝网印刷或喷墨打印的方式印刷在纸基底层100上的，电极层200中电极材料为碳浆、Ag/AgCl、掺杂石墨烯的碳浆、碳纳米管、普鲁士蓝中的一种或多种，根据需要进行选择。电极层200中包含多种电极，具体分为去干扰叉指电极系统201和测量电极系统202。去干扰叉指电极系统201是本实用新型中用于去除样品液中干扰物质的叉指电极，去干扰叉指电极系统201中设有第一工作电极203和第一参比电极204。第一工作电极203和第一参比电极204均呈梳形，左端为若干条检测端，右端作为引出端。第一工作电极203和第一参比电极204的检测端呈叉指形交错形成多指阵列，交错的叉指电极阵列位于导流沟道103中靠近流道入口一侧，使得样品液能够在流沟道中与叉指电极阵列接触，发生电化学反应。第一工作电极203和第一参比电极204的引出端设置于纸基底层100的右侧。同样的，测量电极系统202中也设有一条第二参比电极205和一条第二工作电极206，第二参比电极205和第二工作电极206的检测端也位于导流沟道103中，且在位于导流沟道103中的位置处于所述叉指电极阵列的下游，第二参比电极205和第二工作电极206的引出端也设置于纸基底层100的另一侧。第二参比电极205和第二工作电极206两者可构成双电极体系，对部分目标分析物进行检测。但在本实施例中，测量电极系统202采用三电极体系，除了第二参比电极205和第二工作电极206之外，还设有一条辅助电极207，辅助电极207的检测端位于导流沟道103的末端，引出端也设置于纸基底层100的另一侧。在使用过程中，第一工作电极203、第一参比电极204、第二参比电极205、第二工作电极206、辅助电极207的引出端可连接电化学检测仪，用于对电极施加电压。

上述纸基试片可批量预制，在使用时，还需要在对工作电极进行生物化学试剂修饰。因此，测量电极系统202的第二工作电极206上表面需要留有试剂滴加区域。本实用新型中，根据目标物的不同，生物化学试剂可以是葡萄糖氧化酶、变旋酶、葡萄糖脱氢酶、乳酸氧化酶、尿酸氧化酶、胆固醇氧化酶、磷脂酶、氨基酸酶、辣根过氧化物酶、β-羟丁酸脱氢酶、普鲁士蓝、二茂铁甲醇等试剂中的一种或多种。生物化学试剂208滴加至试剂滴加区域后，可作为反应物与目标分析物发生化学反应而生成反应产物，生物化学试剂208亦可以作为催化剂催化目标分析物发生化学反应产生产物。当然，生物化学试剂208可以在使用前滴加，也可以直接预制在纸基试片上，这样在使用时就无需再额外滴加对电极进行修饰，具体做法可根据实际进行调整。

下面以没有预制生物化学试剂208的纸基试片为例，阐述基于此类纸基试片对待测样品液进行测试的方法，其步骤如下：

将用于检测目标分析物的生物化学试剂208滴加至测量电极系统202的第二工作电极206上表面，对第二工作电极206进行修饰，用以与待测样品液中的目标物发生反应。

测试时，将工作电极203、参比电极204、参比电极205、工作电极206和辅助电极207(如有)连接到电化学检测仪上。先对去干扰叉指电极系统201施加电位，再将待测样品液从亲水层102端部的流道入口流入，样品液随着导流沟道103扩散且流动到去干扰叉指电极系统201时，待测样品液中的干扰物质在导流沟道103内发生电化学反应，而目标物则不会发生反应，因此样品液中的干扰物质在去干扰叉指电极系统201中被消耗。待样品液继续流到测量电极系统202处时，待测样品液中的干扰物已基本被消耗和滤除，只有待测样品液中的目标物能够与测量电极系统202上所修饰的生物化学试剂反应产生产物。此时，对测量电极系统202施加与去干扰叉指电极系统201相同的电位，反应产物在工作电极206上发生电化学反应，记录此时测量电极系统202中第二工作电极206上的电流，利用该电流信号计算得到待测样品液中的目标分析物浓度。

需要指出的是，假如待测样品液中的待检测目标分析物本身具有氧化还原活性，工作电极201能够直接检测电流，那么生物化学试剂208就可以无需添加。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。例如，根据实际情况，去干扰叉指电极系统201中的第一工作电极203和第一参比电极204也可以设计为单指结构。疏水层101和亲水层102也可以以其他方式实现，例如采用现有疏水材料或亲水材料拼接等。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片，其特征在于，包括纸基底层(100)和电极层(200)；所述纸基底层(100)包括处于同一平面上的疏水层(101)和亲水层(102)，亲水层(102)一端与纸基底层(100)的一侧边缘平齐用于作为流道入口，亲水层(102)的其余侧边缘被疏水层(101)包围，构成导流沟道(103)；所述电极层(200)印刷在纸基底层(100)上，包括去干扰叉指电极系统(201)、测量电极系统(202)；去干扰叉指电极系统(201)中设有第一工作电极(203)和第一参比电极(204)，第一工作电极(203)和第一参比电极(204)的检测端呈叉指形交错，交错的叉指电极阵列位于导流沟道(103)中靠近流道入口一侧，第一工作电极(203)和第一参比电极(204)的引出端设置于纸基底层(100)的另一侧；所述测量电极系统(202)中设有第二参比电极(205)和第二工作电极(206)，第二参比电极(205)和第二工作电极(206)的检测端也位于导流沟道(103)中，且在位于导流沟道(103)中的位置处于所述叉指电极阵列的下游，第二参比电极(205)和第二工作电极(206)的引出端也设置于纸基底层(100)的另一侧。

2.如权利要求1所述的基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片，其特征在于，所述去干扰叉指电极系统(201)中的第一工作电极(203)和第一参比电极(204)为单指或多指结构。

3.如权利要求1所述的基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片，其特征在于，所述测量电极系统(202)为三电极体系，其中还设有辅助电极(207)，辅助电极(207)的检测端位于导流沟道(103)的末端，引出端也设置于纸基底层(100)的另一侧。

4.如权利要求1所述的基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片，其特征在于，所述的电极层(200)中电极材料为碳浆、Ag/AgCl、掺杂石墨烯的碳浆、碳纳米管或普鲁士蓝。

5.如权利要求1所述的基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片，其特征在于，所述测量电极系统(202)的第二工作电极(206)上表面设有试剂滴加区域。

6.如权利要求1所述的基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片，其特征在于，所述纸基底层(100)的材料为滤纸、层析纸、PVDF膜、NC膜、吸墨纸和Kleenex纸巾中的至少一种。

7.如权利要求1所述的基于叉指结构的去干扰电化学纸基试片，其特征在于，所述第一工作电极(203)、第一参比电极(204)、第二参比电极(205)、第二工作电极(206)的引出端均连接电化学检测仪。