本发明专利技术公开了一种通用两电极型修饰电极单元及其制备方法和应用。本发明专利技术通过光刻法制备导电电极材料基底，用聚二甲基硅氧烷基片作为贮液池，阴极和阳极分别使用电化学方法沉积惰性金属保护膜和还原氧化石墨烯进行修饰，得到的修饰电极单元。该修饰电极单元具有出色的电催化活性和稳定性，在检测过氧化氢和抗坏血酸等生物分子时具有很好的灵敏度和再现性，并可并联成电极组用于批量检测，或串联成隔离式双极电极应用于双极电化学发光等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种通用两电极型修饰电极单元及其制备方法和应用
本专利技术属于电化学分析检测
，具体涉及一种通用两电极型修饰电极单元及其制备方法和应用。
技术介绍
电化学分析方法具有灵敏度高、选择性好、设备简单、成本低等优点，且易于实现自动化和连续分析，因此逐渐在环境、食品、临床、医药、生物等领域得到广泛应用。传统的电化学分析常采用工作电极、对电极和参比电极组成的三电极体系，仪器结构相对复杂，且参比电极寿命较低，并容易对某些环境下的样品造成污染。为满足简化仪器系统，降低成本以及通用性等需求，电化学分析工作者越来越关注两电极体系的研究。在电化学分析中，化学修饰电极是目前电分析化学和电化学领域的最活跃研究项目。与传统的裸电极/电解质溶液界面电化学相比，化学修饰电极开创了一个全新的研究领域。石墨烯是碳纳米管、富勒烯、金刚石的同素异形体，是一种一个原子平面厚度的二维碳原子材料，具有卓越的机械、导热、光学和电子传导等性能。石墨烯具有良好的电迁移率和生物相容性，同时巨大的比表面积能富集小分子和金属离子，因此常用作电极修饰材料，提高电化学分析的灵敏度。石墨烯可通过机械剥离法、氧化石墨-还原法、化学气相沉积法、电化学方法等手段制备，通过电化学还原氧化石墨的方法在电极表面修饰石墨烯，操作简便，且能很大程度上避免滴涂法修饰所造成的石墨烯分布不均匀、团聚等问题。双极电极是指在电解质中不与正负极直接接触的导体，当在电解质溶液两端施加足够的电压时，溶液之间的电势差将驱动双极电极两端产生氧化还原反应。双极电极结构新颖，制作加工方便，并已经应用于电化学合成、材料加工、电化学传感或电化学发光传感等诸多方面，已发展成一个新的电化学传感研究热点。隔离式双极电极系统将阴极端和阳极端分隔成两个电解池，分析池和信号检测池的反应互不干扰，且电流效率接近100%，因此得到电化学分析研究者的关注。开发一种通用的、可自由串并联的两电极型石墨烯修饰电极单元，既可以用作普通的两电极体系应用于环境、食品、临床等检测领域，也可以通过并联方式组成检测阵列用于批量检测，此外还能串联组成隔离式双极修饰电极用于双极电化学检测领域，具有十分重要的实际意义。而目前这种通用两电极型石墨烯修饰电极单元并未见报道。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种通用的、可自由串并联的两电极型修饰电极单元及其制备方法和应用，使用电化学沉积法对阴极进行惰性金属保护修饰，对阳极进行石墨烯修饰，方法易行，操作简单，可用于小分子的电化学分析检测，也能应用于双极电化学发光检测。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现。一种通用两电极型修饰电极单元的制备方法，包括以下步骤：（1）用光刻法按设计图样制得所需的电极基体图案，再切割，得到电极片单元；（2）将聚二甲基硅氧烷基片按电极基体图案裁切并粘合在电极片单元上作为贮液池；（3）用恒电位电解法将惰性金属保护层沉积在电极片单元的阴极：使用两电极体系，步骤（2）所得电极单元两极分别为阳极和阴极，调节电解电压为0.5~2.5V，在阴极沉积惰性金属保护层，再清洗，得惰性金属保护层修饰的阴极；（4）用电化学方法将氧化石墨原位沉积和还原在电极片单元的阳极：以氧化石墨均匀分散液为电解液，两电极单元阳极为工作电极，往贮液池内注入氧化石墨均匀分散液，扫描低电位范围为-1.5V~-1.0V，扫描高电位范围为-0.4V~0V，扫描速度为1mV/s~1000mV/s，扫描5~50圈，使阳极沉积上还原的石墨烯，得石墨烯修饰的电极阳极，再用蒸馏水冲洗干净并烘干，得修饰电极单元。优选的，步骤（1）中，所述电极片单元的基底材料可选择以氧化铟锡薄膜，掺氟氧化锡薄膜，或掺铝氧化锌薄膜等为导电介质的基底材料；电极图样根据需要设计成特定形状，如圆型、方形、环形、叉指型等。优选的，步骤（1）中，所述电极片单元使用激光雕刻法按设计图样刻蚀和裁切制备得到。优选的，步骤（3）中，在阴极沉积惰性金属保护层所用惰性金属盐溶液为氯金酸溶液或氯铂酸溶液，浓度为0.1~100mmol/L。优选的，步骤（4）中，所述氧化石墨均匀分散液为氧化石墨的磷酸盐缓冲溶液，其中所用磷酸缓冲溶液浓度为0.01~0.5mol/L，pH值为5~8；所述氧化石墨均匀分散液中氧化石墨的浓度为0.01~50mg/mL。优选的，步骤（4）中，所述扫描速度为5mV/s~500mV/s。由以上所述的制备方法制得的一种通用两电极型修饰电极单元。以上所述的一种通用两电极型修饰电极单元在检测过氧化氢中的应用，包括以下步骤：在修饰电极单元的贮液池中注入过氧化氢的缓冲溶液，使用电流-时间曲线法，检测电极对过氧化氢的电化学响应，所述缓冲溶液为磷酸盐缓冲溶液；所述电流-时间曲线法使用两电极体系，石墨烯修饰的电极阳极为工作电极，惰性金属保护层修饰的阴极为对电极，电解电压为0.3~1.0V。以上所述的一种通用两电极型修饰电极单元在检测抗坏血酸中的应用，包括以下步骤：在修饰电极单元的贮液池中注入过抗坏血酸的缓冲溶液，使用电流-时间曲线法，检测电极对抗坏血酸的电化学响应，所述缓冲溶液为磷酸盐缓冲溶液；所述电流-时间曲线法使用两电极体系，石墨烯修饰的阳极为工作电极，惰性金属保护层修饰的阴极为对电极，电解电压为0.05~1.0V。以上所述的一种通用两电极型修饰电极单元在双极电化学中的应用，通过串联修饰电极单元设计成电极组合，在串联修饰电极单元的两个贮液池中分别注入不同浓度的待测液体和发光试剂，使用电化学发光法，用光电检测器检测电极对待测物的电化学发光响应。以上所述的一种通用两电极型修饰电极单元在批量检测中的应用，其特征在于，通过并联修饰电极单元设计成电极组合用于批量检测。与现有技术相比，本专利技术具有如下的优点：1、本专利技术使用电化学沉积法对阴极进行惰性金属保护修饰，对阳极进行石墨烯修饰，该方法易行，操作简单。2、本专利技术的修饰电极单元具有出色的电催化活性和稳定性，在检测过氧化氢和抗坏血酸等生物分子时具有很好的灵敏度和再现性，并可并联成电极组用于批量检测，或串联成隔离式双极电极应用于双极电化学发光等领域。附图说明图1为本专利技术两电极型修饰电极单元的其中一种批量制作图样示意图（俯视图，局部）。图2为本专利技术中以图1为图样制作的单个电极单元的示意图（俯视图）。图3为本专利技术中以图1为图样制作的电极单元一种并联组合的电路示意图。图4为本专利技术中以图1为图样制作的电极单元串联组合成隔离式双极电极芯片的示意图。图5a为本专利技术电极单元中电沉积金纳米颗粒修饰阴极的扫描电镜图，其中放大倍数为20000。图5b为本专利技术电极单元中还原氧化石墨修饰阳极的扫描电镜图，其中放大倍数为5000。图6为本专利技术应用例1中浓度为7~532μM的过氧化氢检测的电流-时间曲线图，插入图为过氧化氢检测的线性图。图7为本专利技术应用例2中浓度为10~220μM的抗坏血酸检测的电流-时间曲线图，插入图为抗坏血酸检测的线性图。图8为本专利技术应用例3中过氧化氢检测的电化学发光图，其中，曲线a~d分别对应过氧化氢浓度0，0.01mM，0.05mM，0.1mM，插入图为过氧化氢检测的线性图。具体实施方式下面将结合实例与附图，对本专利技术的具体实施作进一步的说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1本实施例针对电极单元的小批量制备，通过下本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通用两电极型修饰电极单元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）用光刻法按设计图样制得所需的电极基体图案，再切割，得到电极片单元；（2）用聚二甲基硅氧烷基片按电极基体图案裁切并粘合在电极片单元上作为贮液池；（3）用恒电位电解法将惰性金属保护层沉积在电极片单元的阴极：使用两电极体系，步骤（2）所得电极单元两极分别为阳极和阴极，调节电解电压为0.5~2.5 V，在阴极沉积惰性金属保护层，再清洗，得惰性金属保护层修饰的阴极；（4）用电化学方法将氧化石墨原位沉积和还原在电极片单元的阳极：以氧化石墨均匀分散液为电解液，两电极单元阳极为工作电极，往贮液池内注入氧化石墨均匀分散液，扫描低电位范围为‑1.5 V ~ ‑1.0 V，扫描高电位范围为‑0.4 V ~ 0 V，扫描速度为5 mV/s ~500 mV/s ，扫描5~50圈，使阳极沉积上还原的石墨烯，得石墨烯修饰的电极阳极，再用蒸馏水冲洗干净并烘干，得修饰电极单元。
【技术特征摘要】
1.一种通用两电极型修饰电极单元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）用光刻法按设计图样制得所需的电极基体图案，再切割，得到电极片单元；（2）用聚二甲基硅氧烷基片按电极基体图案裁切并粘合在电极片单元上作为贮液池；（3）用恒电位电解法将惰性金属保护层沉积在电极片单元的阴极：使用两电极体系，步骤（2）所得电极单元两极分别为阳极和阴极，调节电解电压为0.5~2.5V，在阴极沉积惰性金属保护层，再清洗，得惰性金属保护层修饰的阴极；（4）用电化学方法将氧化石墨原位沉积和还原在电极片单元的阳极：以氧化石墨均匀分散液为电解液，两电极单元阳极为工作电极，往贮液池内注入氧化石墨均匀分散液，扫描低电位范围为-1.5V~-1.0V，扫描高电位范围为-0.4V~0V，扫描速度为5mV/s~500mV/s，扫描5~50圈，使阳极沉积上还原的石墨烯，得石墨烯修饰的电极阳极，再用蒸馏水冲洗干净并烘干，得修饰电极单元。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述电极片单元的基底材料为氧化铟锡薄膜、掺氟氧化锡薄膜或掺铝氧化锌薄膜；所述电极基体图案为圆型、方形、环形或叉指型。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述电极片单元使用激光雕刻法按设计图样刻蚀和裁切制备得到。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，在阴极沉积惰性金属保护层所用惰性金属盐溶液为氯金酸溶液或氯铂酸溶液，浓度为0.1~100mmol/L。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述氧化石墨均匀分散液为氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶建山，戴琬琳，鲁志伟，刘柏辰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。