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三维纸基电化学比率计的制备方法技术

技术编号:13736727 阅读:93 留言:0更新日期:2016-09-22 05:15
本发明专利技术公开了一种三维纸基电化学比率计的制备方法及所述的三维纸基比率计在锌离子检测中的应用。通过蜡打印技术在纸芯片上制备工作区,并借助丝网印刷技术,印制三电极,进而对工作区功能化,实现了亚甲基蓝和邻苯二胺两种电活性物质的双重信号放大,利用金属离子识别模拟酶链,断裂底物链,借助电化学工作站,实现Zn2+的高灵敏、便携式检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三维纸基电化学比率计的制备方法,更具体地说是一种三维纸基电化学比率计实验室技术平台的构建。
技术介绍
防治水体污染,对环境保护以及人类的健康至关重要。一些无机污染物,特别是金属离子,如Pb2+,Mg2+,Zn2+, Hg2+等是水体污染中常见的物质,但目前广泛使用的色谱法、荧光检测方法所需仪器昂贵,且仪器相对笨重,不利于即时现场检测。因此,寻找和建立一种低成本、高效快速金属离子的检测方法成为科研工作者的任务之一。纸,作为中国的四大专利技术产物之一,广泛应用在书写、印刷、绘画、包装等领域。众横交错的纸纤维使得纸内部呈现三维多孔结构,且纸纤维表面富含丰富的含氧基团,因此,易于实现纸纤维的表面功能化。近年来,功能化纸基实验检测平台规模日益扩增,由简单的医疗工具验孕棒发展到各式各样的生物传感器件,包括纸基电化学生物传感器,纸基光电化学生物传感器,纸基比色生物传感器,纸基电化学发光生物传感器等。电化学生物传感器,因其具有低成本、灵敏度高,易于实现小型化及集成化,且所需仪器简单等优点而广泛应用于生物传感领域。但传统的电化学生物传感器携带不便,且容易受到外部环境的影响,如电解液pH的变化、H2O2浓度的改变等,而使得测定结果准确度降低。为了解决这一问题,我们首次将比率型荧光检测方法的思想引入到电化学生物传感器中,结合功能化纸芯片,我们构建了一种新型的纸基电化学比率计检测平台,所构建的生物传感平台不仅具有低成本、可折叠、易于携带等优点,同时检测结果灵敏度以及准确度获得大幅度的提高,因此,所构建的实验室技术平台有望在资源有限、经济发展相对落后的边远地区得到应用及推广。
技术实现思路
针对目前存在的问题,本专利技术制作了一种成本低、准确度高且携带方便的三维纸基电化学比率计并将其应用到Zn2+的检测中。为了解决上述技术问题,本专利技术是通过以下措施来实现的:一种三维纸基电化学比率计的制备,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所示的比率型电化学纸芯片的疏水蜡批量打印图案;(2) 将比率型电化学纸芯片剪裁成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,样式如附图2所示,其中右侧为工作区,上面印有工作电极,左侧为参比区,上面印有参比电极和对电极;(4) 对(3)中亲水区域功能化,将修饰有Au纳米粒子-铁卟啉金属有机框架材料的Zn2+的特异性DNA模拟酶链,定义为链1,其碱基序列如核苷酸序列表所示,固定在亲水区域,实现信号的第一次放大,随后用巯基己醇封锁活性位点;(5) 将一定浓度的亚甲基蓝修饰的Zn2+的底物链,定义为链2,其碱基序列如核苷酸序列表所示,其中至左向右,第十个碱基,也就是碱基A代表腺嘌呤核糖核苷酸,和进行滚环扩增的引物链,定义为链3,其碱基序列如核苷酸序列表所示,按一定比例混合在一起,然后加入到(4)所得电极表面43 ℃下反应3 h;(6) 将一定浓度的环形模板探针,定义为链4,其碱基序列如核苷酸序列表所示,以及T4连接酶加入到步骤(5)所得电极表面,室温下反应2 h,随后加入phi29 DNA连接酶、dNTP以及滚环扩增缓冲溶液的混合液,37 ℃下反应1 h,随后用磷酸盐缓冲溶液冲洗电极表面,完成滚环扩增反应,以实现二次信号放大;(7) 将一定浓度的Zn2+加入到步骤(6)所得电极表面,混匀,室温下反应40 min;(8) 向步骤(7)所得电极表面滴加含有邻苯二胺和H2O2的磷酸盐缓冲溶液的电解液,连接电化学工作站,在-0.8~0 V电位范围内,测定亚甲基蓝和邻苯二胺的电流强度;(9) 绘制邻苯二胺和亚甲基蓝电流强度比率的变化与Zn2+浓度关系曲线,完成Zn2+的测定;步骤(2)中所述的纸材料,其特征在于其为一级色谱纸;步骤(4)中所述亲水区域功能化,其特征在于:在纸芯片上生长石墨烯导电层,而后滴加壳聚糖溶液:向纸芯片表面三次重复滴加氧化石墨烯的溶液,室温下干燥后,将滴加有氧化石墨烯的纸芯片转移到含有0.1 M Na2SO4溶液中,0.9 V电位下,电还原氧化石墨烯,反应完成后将纸芯片取出,二次水清洗表面,再次室温下干燥即可获得生长有石墨烯的纸芯片,而后在纸芯片表面滴加2.0 μL的 0.5 mg mL-1 的壳聚糖,室温下干燥40 min。步骤(4)中所述修饰有Au纳米粒子-铁卟啉金属有机框架材料的Zn2+特异性DNA模拟酶链,其特征在于:首先制备铁卟啉金属有机框架材料,即39.54 mg的5,10,15,20-四(四羧基)-21H,23H-卟啉和40.55 mg氯化铁,0.1 M的盐酸加入到12 mL的体积比1:2混合的二甲基甲酰胺和乙醇的混合液中,超声40 min,随后将混合液150 ℃反应50 h,反应停止后将产物用二甲基甲酰胺和乙醇清洗三次,而后将产物60 ℃真空干燥,即可获得铁卟啉金属有机框架材料;其次制备Au纳米粒子-铁卟啉金属有机框架材料:称取6 mg的上述制备的铁卟啉金属有机框架材料,将其溶解到1 mL的乙醇中,然后将其分散到0.2 mL的氨水、13.8 mL乙醇、1.8 mL四甲氧基硅烷混合液中,室温下搅拌2 h,将产物于12000 r/min离心10 min,用乙醇清洗产物,将所获得的产物与4 mL 20 mM的三甲氧基巯丙基硅烷的乙醇溶液中,65 ℃回流4 h,将产物离心,二次水冲洗,然后向溶液中加入4 mL Au纳米粒子的溶液,室温下反应3 h,将产物离心,用二次水冲洗,即可获得Au纳米粒子-铁卟啉金属有机框架材料;最后将Zn2+特异性DNA模拟酶链连接在Au纳米粒子-铁卟啉金属有机框架材料表面:移取90 μL 10 μM的Zn2+特异性DNA模拟酶链,加入到Au纳米粒子-铁卟啉金属有机框架材料溶液中,室温下震荡24 h,所获得的产物用巯基己醇封锁活性位点,最后将产物分散到0.5 mL 50 mM的三(羟甲基)氨基甲烷醋酸盐缓冲溶液中。步骤(4)中所述链1,其特征在于: 其特定的碱基序列以及其5’端修饰上氨基,其3’端修饰上巯基。步骤(6)中所述DNA链4,其特征在于:其特定的碱基序列以及其5’端修饰上磷酸基团。本专利技术的有益效果(1)采用比率型电化学方法对Zn2+进行检测,使得测定结果准确度提高。(2)功能化纸芯片作为电化学检测基底,具有活性位点多、易于批量生产的特点。(3)整个比率型纸基电化学器件制备过程简单,所需费用低,有望实现Zn2+的低成本、便携式检测。附图说明图1:三维纸芯片的疏水蜡批量打印图案;图2: 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,其中,右侧为工作电极,左侧为参比和对电极。具体实施方式为了更好地理解本专利技术,下面通过实施例进一步阐明本专利技术的内容,但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。实施例1一种三维纸基电化学比率计的的制备及其在Zn2+检测中的应用:(1) 在计算机上利用AI软件设计比率型电化学纸芯片的疏水蜡批量打印图案;(2) 将比率型电化学纸芯片剪裁成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本文档来自技高网
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【技术保护点】
三维纸基电化学比率计的制备方法,其特征是包括以下步骤:(1) 在计算机上利用AI软件设计比率型电化学纸芯片的疏水蜡批量打印图案;(2) 将比率型电化学纸芯片剪裁成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,其中右侧为工作区,上面印有工作电极,左侧为参比区,上面印有参比电极和对电极;(4) 对(3)中亲水区域功能化,将修饰有Au纳米粒子‑铁卟啉金属有机框架材料的Zn2+的特异性DNA模拟酶链,定义为链1,固定在亲水区域,实现信号的第一次放大,随后用巯基己醇封锁活性位点;(5) 将一定浓度的亚甲基蓝修饰的Zn2+的底物链,定义为链2,其中至左向右,第十个碱基,也就是碱基A代表腺嘌呤核糖核苷酸,和进行滚环扩增的引物链,定义为链3,按一定比例混合在一起,然后加入到(4)所得电极表面43 ℃下反应3 h;(6) 将一定浓度的环形模板探针,定义为链4,以及T4连接酶加入到步骤(5)所得电极表面,室温下反应2 h,随后加入phi29 DNA连接酶、dNTP以及滚环扩增缓冲溶液的混合液,37 ℃下反应1 h,随后用磷酸盐缓冲溶液冲洗电极表面,完成滚环扩增反应,以实现二次信号放大;(7) 将一定浓度的Zn2+加入到步骤(6)所得电极表面,混匀,室温下反应40 min;(8) 向步骤(7)所得电极表面滴加含有邻苯二胺和H2O2的磷酸盐缓冲溶液的电解液,连接电化学工作站,在‑0.8~0 V电位范围内,测定亚甲基蓝和邻苯二胺的电流强度;(9) 绘制邻苯二胺和亚甲基蓝电流强度比率的变化与Zn2+浓度关系曲线,完成Zn2+的测定;步骤(2)中所述的纸材料,其特征在于其为一级色谱纸;步骤(4)中所述亲水区域功能化,其特征在于:在纸芯片上生长石墨烯导电层,而后滴加壳聚糖溶液:向纸芯片表面三次重复滴加氧化石墨烯的溶液,室温下干燥后,将滴加有氧化石墨烯的纸芯片转移到含有0.1 M Na2SO4溶液中,0.9 V电位下,电还原氧化石墨烯,反应完成后将纸芯片取出,二次水清洗表面,再次室温下干燥即可获得生长有石墨烯的纸芯片,而后在纸芯片表面滴加2.0 μL的 0.5 mg mL‑1 的壳聚糖,室温下干燥40 min。...

【技术特征摘要】
1.三维纸基电化学比率计的制备方法,其特征是包括以下步骤:(1) 在计算机上利用AI软件设计比率型电化学纸芯片的疏水蜡批量打印图案;(2) 将比率型电化学纸芯片剪裁成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,其中右侧为工作区,上面印有工作电极,左侧为参比区,上面印有参比电极和对电极;(4) 对(3)中亲水区域功能化,将修饰有Au纳米粒子-铁卟啉金属有机框架材料的Zn2+的特异性DNA模拟酶链,定义为链1,固定在亲水区域,实现信号的第一次放大,随后用巯基己醇封锁活性位点;(5) 将一定浓度的亚甲基蓝修饰的Zn2+的底物链,定义为链2,其中至左向右,第十个碱基,也就是碱基A代表腺嘌呤核糖核苷酸,和进行滚环扩增的引物链,定义为链3,按一定比例混合在一起,然后加入到(4)所得电极表面43 ℃下反应3 h;(6) 将一定浓度的环形模板探针,定义为链4,以及T4连接酶加入到步骤(5)所得电极表面,室温下反应2 h,随后加入phi29 DNA连接酶、dNTP以及滚环扩增缓冲溶液的混合液,37 ℃下反应1 h,随后用磷酸盐缓冲溶液冲洗电极表面,完成滚环扩增反应,以实现二次信号放大;(7) 将一定浓度的Zn2+加入到步骤(6)所得电极表面,混匀,室温下反应40 min;(8) 向步骤(7)所得电极表面滴加含有邻苯二胺和H2O2的磷酸盐缓冲溶液的电解液,连接电化学工作站,在-0.8~0 V电位范围内,测定亚甲基蓝和邻苯二胺的电流强度;(9) 绘制邻苯二胺和亚甲基蓝电流强度比率的变化与Zn2+浓度关系曲线,完成Zn2+的测定;步骤(2)中所述的纸材料,其特征在于其为一级色谱纸;步骤(4)中所述亲水区域功能化,其特征在于:在纸芯片上生长石墨烯导电层,而后滴加壳聚糖溶液:向纸芯片表面三次重复滴加氧化石墨烯的溶液,室温下干燥后,将滴加有氧化石墨烯的纸芯片转移到含有0.1 M Na2SO4溶液中,0.9 V电位下,电还原氧化石墨烯,反应完成后将纸芯片取出,二次水清...

【专利技术属性】
技术研发人员:李丽张彦黄煜真葛慎光颜梅刘海云于京华
申请(专利权)人:济南大学
类型:发明
国别省市:山东;37

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