开放式U形双性电极电致化学发光布芯片及其制法和用途制造技术

本发明专利技术公开了一种开放式U形双性电极电致化学发光布芯片及其制法和用途，本发明专利技术的布芯片上有三个电极，居中的是双性电极，位居两侧的是驱动电极；疏水坝围成的区域是亲水微通道；亲水微通道为哑铃形；驱动电极位于亲水微通道的两端，驱动电极部分位于亲水微通道内，部分嵌在疏水坝中；双性电极为U形，位于亲水微通道中央，U形双性电极的顶端和底部嵌在疏水坝中。本发明专利技术所使用的双性电极为U形，U形双性电极的阴、阳两极以一定空间距离分开，这在一定程度上减少了阴、阳两极上所发生化学反应的相互干扰；此外，双性电极中连接阴、阳两极的部分不在微通道内，这有利于减少导电碳浆中有机成分对生化检测可能产生的不利影响。

Open type U shaped double electrode electroluminescent light-emitting chip and its preparing method and use

The invention discloses an open type U shaped bipolar electrode electrochemiluminescence cloth chip and its preparation and application, there are three cloth electrode chip of the invention, the center is situated on both sides of the bipolar electrode, is driving electrode; the dam area is surrounded by hydrophobic hydrophilic microchannel; hydrophilic microchannel for dumbbell shape; both ends of the drive electrode located in the hydrophilic microchannel, a driving electrode part located in hydrophilic microchannel, partially embedded in the hydrophobic dam; bipolar electrode is in the form of U, located in the central hydrophilic microchannel, U shaped bipolar electrode top and bottom embedded in hydrophobic dam. Pairs of electrodes used by the invention is U shape, U shape of the Yin and yang two pairs of electrodes separated by a certain distance, which reduces the mutual interference of chemical reaction occurs on the positive and negative poles in a certain extent; in addition, bipolar electrode connection of positive and negative poles of the part in the micro channel. This helps to reduce the adverse effects of organic components in conductive carbon paste may be generated for biochemical detection.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微流控芯片加工及传感应用领域，具体涉及一种开放式U形双性电极电致化学发光布芯片及其制法，和在检测过氧化氢、葡萄糖中的用途。
技术介绍
微流控芯片，又称为微全分析系统或者芯片实验室，是指利用微加工技术，在一定衬底材料上将多个单元进行灵活组装和大规模集成，从而构造一个可用于生物、化学、医学等领域检测应用的微系统。目前，广泛使用的微流控芯片材料有硅、玻璃、石英、陶瓷等无机材料和聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)和SU-8等有机聚合物材料。然而，这些材料所需要的加工设备非常昂贵、操作流程复杂繁琐、制作周期冗长以及成本高，因此极大地限制了它们在微流控芯片领域的发展和应用。近年来，纸作为一种微流控芯片衬底材料，具有加工简单、设计灵活以及功能多样等特点。但是，已报道的纸基微流控芯片几乎都采用Whatman1号滤纸，其种类相当单一。另外，纸机械强度、耐用性和湿强均较差；且价格较昂贵、纤维空隙较小。相比于纸而言，布可作为一种新型的衬底材料来制作布基微流控芯片(即布芯片)。布属于多层立体结构，具有良好的机械强度和润湿能力；价格低廉，种类繁多，适于不同的分析需求；具有较好柔性，适于制作三维结构芯片；纤维间缝隙较大，适于对液体的复杂操作；易于和线等材料结合以构成功能多样的微装置。然而，到目前为止，布芯片仍处于早期发展阶段，有待于研究者们进一步开发研究。目前，布芯片已经耦合了一些检测方法，如比色法、电化学法、化学发光法、电致化学发光法(electrochemiluminescence,ECL)以及电泳分离法。这些方法中，ECL结合了化学发光与电化学的特点，具有在时间和空间上易于控制、分析信号稳定且灵敏度高等优点。然而，传统ECL即为三电极ECL，需要工作电极、对电极和参比电极。重要的是，它需要非常昂贵的恒电位仪或者电化学工作站；并且需要与电极进行直接电接触以实现ECL，这些问题极大地限制了其发展应用。相比于传统ECL，双性电极电致化学发光(Bipolarelectrode-ECL,BPE-ECL)是双性电化学与ECL结合的产物，它具有简单、成本低以及易于实现高通量等显著优点。在BPE-ECL中，仅仅需要一个外部直流电源连接一对驱动电极便可触发一个或多个双性电极阴极和阳极上的氧化还原反应，从而实现双性电化学与电致化学发光的有机耦合。双性电极ECL可分有闭合式BPE-ECL(closedBPE-ECL,C-BPE-ECL)和开放式BPE-ECL(openBPE-ECL,O-BPE-ECL)。对于C-BPE-ECL，双性电极阴、阳两极分别位于两个空间分开的微反应池内，两个微反应池之间的电流通路只经过双性电极；而O-BPE-ECL则是将双性电极阴、阳两极放在同一个微反应池内，电流通路不仅通过双性电极，而且经过溶液而形成回路。当前，绝大多数BPE-ECL是在微流控芯片体系中进行的。芯片材料一般是无机材料或有机聚合物材料，涉及到的微加工设备昂贵、过程繁琐、电极材料价格高。特别是，这些BPE-ECL微流控芯片需要和外界进行一定的管路连接；需要体积大且价格高的外围设备(如泵装置、数据采集分析仪器等)。因此，新型BPE-ECL方法迫切需要以克服BPE-ECL所面临的一系列重大限制。目前，O-BPE-ECL与布芯片相结合的检测方法及装置还没有被报道过。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于提供一种开放式U形双性电极电致化学发光(O-U-BPE-ECL)布芯片，该芯片结合了O-U-BPE-ECL和布芯片两种技术优势；所使用的双性电极为U形。本专利技术的另一目的在于提供上述布芯片的制备方法，该方法简单、方便、灵活；制备周期短；所使用材料成本低廉、普遍易得。本专利技术的再一目的在于提供上述布芯片在检测过氧化氢(H2O2)、葡萄糖中的应用，其所需的设备轻便易携带，操作简单便捷。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种布芯片，衬底是布片；布芯片上有三个电极，居中的是双性电极，位居两侧的是驱动电极；疏水坝围成的区域是亲水微通道；所述的亲水微通道为哑铃形，该形状有利于窄微通道和宽驱动电极的协调使用；所述的驱动电极位于亲水微通道的两端，驱动电极部分位于亲水微通道内，部分嵌在疏水坝中；所述的双性电极为U形，位于亲水微通道中央，U形双性电极的顶端和底部嵌在疏水坝中；U形双性电极的阴、阳两极以一定空间距离分开，这在一定程度上减少了阴、阳两极上所发生化学反应的相互干扰；U形双性电极中连接阴、阳两极的部分(即U形双性电极的底部)不在微通道内，这有利于减少导电碳浆中有机成分对生化检测可能产生的不利影响；所述的电极都是由导电碳浆制成；所述的驱动电极为矩形，且尺寸相同。上述布芯片的制备方法，包括如下步骤：(1)设计电极和微通道的图案，制成相应的电极网板和微通道网板；(2)将电极网板覆盖在布片上方，并压紧；(3)适量导电碳浆倒在电极网板上，并被网印到布片上；(4)将印有电极的布片从电极网板上取下，并放入80-120℃烘箱内烘烤20-40min；烘烤完毕，布片在室温下冷却；(5)取印有电极的布片，将未直接印有碳电极的一面朝上，再将微通道网板放置其上方并压紧；然后用固体蜡、平滑器具在微通道网板上先后涂抹、碾磨；接着将布片和微通道网板一并放置加热板上，在60-150℃下加热数秒，使蜡熔融渗入布片中，形成疏水蜡坝包围而成的微通道；(6)将布片从微通道网板上分离，室温下冷却，得到O-U-BPE-ECL布芯片；步骤(1)中，微通道和电极的图案优选采用AdobeIllstrator设计；步骤(2)中，所述的布片优选白色平纹全棉布；步骤(4)中，碳电极网印到布片上后，布片与电极网板是粘贴在一起的；步骤(5)中，蜡涂抹、碾磨后，布片和微通道网板是粘贴在一起的；且蜡熔融渗入布片后，布片和微通道网板仍是粘贴在一起的。上述的布芯片用于检测H2O2和葡萄糖；检测过程包括如下步骤：(1)将布芯片固定在一个硬质塑料垫片上，这一方面便于固定芯片且保持平整；另一方面防止微通道中滴加的测试液与载物台接触而造成污染；所述垫片对应于微通道的区域要求是挖空的，使微通道悬空，避免对微通道内的反应产生不利影响；(2)用鳄鱼夹和导电胶布将阳性驱动电极和阴性驱动电极分别连接到直流电源的正极和负极，并一起放入到暗箱中可调节载物台上；调节布芯片位置和CCD(ChargeCoupledDevice，电感耦合器件)焦距使得电脑屏幕上清晰显示芯片图像；设置CCD相关参数(如拍照间隔、曝光时间等)；(3)往微通道中加入测试液，等待数秒钟后测试液充满整个微通道；启动CCD自动拍照模式；(4)接通电源对布芯片施加驱动电压以触发O-U-BPE-ECL；采用CCD实时成像ECL过程；对于每个数据点，做多次重复实验；(5)实时拍摄的O-U-BPE-ECL图像以JPEG格式保存；采用美图秀秀软件将图片裁剪成包含整个双性电极阳极发光区域的、总像素点为150像素×250像素的图片；采用MatlabR2012a(MathWorkscompany,USA)开发的图像自动处理程序软件对图片进行平均灰度值测量以得到最大平均灰度值的图片；将最大平均灰度值乘以总像素点表示整张发光图的光密度值；所得数据导入Origin软本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种布芯片，衬底是布片；布芯片上有三个电极，居中的是双性电极，位居两侧的是驱动电极；疏水坝围成的区域是亲水微通道；其特征在于：所述的亲水微通道为哑铃形；所述的驱动电极位于亲水微通道的两端，驱动电极部分位于亲水微通道内，部分嵌在疏水坝中；所述的双性电极为U形，位于亲水微通道中央，U形双性电极的顶端和底部嵌在疏水坝中。

【技术特征摘要】
1.一种布芯片，衬底是布片；布芯片上有三个电极，居中的是双性电极，位居两侧的是驱动电极；疏水坝围成的区域是亲水微通道；其特征在于：所述的亲水微通道为哑铃形；所述的驱动电极位于亲水微通道的两端，驱动电极部分位于亲水微通道内，部分嵌在疏水坝中；所述的双性电极为U形，位于亲水微通道中央，U形双性电极的顶端和底部嵌在疏水坝中。2.根据权利要求1所述的布芯片，其特征在于：所述的电极都是由导电碳浆制成。3.根据权利要求1所述的布芯片，其特征在于：所述的驱动电极为矩形，且尺寸相同。4.权利要求1-3任一项所述布芯片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)设计电极和微通道的图案，制成相应的电极网板和微通道网板；(2)将电极网板覆盖在布片上方，并压紧；(3)将导电碳浆倒在电极网板上，并被网印到布片上；(4)将印有电极的布片从电极网板上取下，并放入80-120℃烘箱内烘烤20-40min；烘烤完毕，布片在室温下冷却；(5)取印有电极的布片，将未直接印有碳电极的一面朝上，再将微通道网板放置其上方并压紧；然后用固体蜡、平滑器具在微通道网板上先后涂抹、碾磨；接着将布片和微通道网板一并放置加热板上，在60-150℃下加热数秒，使蜡熔融渗入布片中，形成疏水蜡坝包围而成的微通道；(6)将布片从微通道网板上分离，室温下冷却，得到O-U-BPE-ECL布芯片。5.权利要求1-3任一项所述的布芯片在检测过氧化氢和葡萄糖中的应用。6.根据权利要求5所述的布芯片在检测过氧化氢和葡萄糖中的应用，其特征在于包括如下步骤：(1)将布芯片固定在一个硬质塑料垫片上；所述垫片对应于微通道的区域是挖空的，使微通道悬空；(2)用鳄鱼夹和导电胶布将阳性...

【专利技术属性】
技术研发人员：章春笋，刘敏，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44