一种芯片在对葡萄糖和尿酸做同时检测中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种闭合式多元双性电极电化学发光芯片及其在多元检测中的应用，所述的芯片含有报告微通道和支持微通道，阴性驱动电极位于报告微通道中，阳性驱动电极位于支持微通道中；数个闭合式双性电极横跨于两个微通道中；每个闭合式双性电极，其阴极、阳极到对应的驱动电极的距离之和相等；从而实现多元检测。本发明专利技术的芯片可在一对驱动电极下，实现多个双性电极上等效果的电化学发光，为实现高通量多元检测提供应用潜力；可以在同一反应微通道中实现葡萄糖和尿酸同时检测，为单一芯片上实现多元检测奠定基础。

A closed multi element dual electrode electrochemiluminescence chip and its application

The invention discloses a closed multiple bisexual electrode electrochemiluminescence chip and its application in multiple detection. The chip contains a report microchannel and a supporting microchannel, the negative driving electrode is located in the report microchannel, and the positive driving electrode is located in the support microchannel; several closed bisexual electrodes cross two. In the microchannel, each closed bisexual electrode is equal to the distance between the cathode and the anode to the corresponding driving electrode, so as to realize the multivariate detection. The chip of the invention can realize the electrochemiluminescence of a number of bisexual electrodes under a pair of driving electrodes, which can provide the potential for the realization of high flux multivariate detection, and can detect the glucose and uric acid at the same time in the same reaction microchannel, and lay the foundation for the multi-element detection on a single chip.

【技术实现步骤摘要】
一种闭合式多元双性电极电化学发光芯片及其应用
本专利技术属于微流控芯片制作及传感分析领域，具体涉及一种闭合式多元双性电极电化学发光芯片及其在多元检测中的应用。
技术介绍
自20世纪60年代后期以来，双性电化学逐渐发展成为一门成熟技术，它充分发挥了双性电极(Bipolarelectrode，BPE)的无线特性。驱动电压施加在一对驱动电极上，当电解质溶液与BPE界面电势差足够大时，BPE两极氧化/还原反应就会被触发。BPE体系具有如下几个优点：双性电极不与外部电源直接接触；一对驱动电极能同时控制多个工作电极；所需设备简单、易于操作，无需专业训练。BPE可分为开放式BPE(openBPE，O-BPE)和闭合式BPE(closedBPE，C-BPE)。对于O-BPE，BPE阴、阳两极处于同一个微通道内，电流不仅通过BPE，还流经溶液。由于很大一部电流都损失在电解质溶液中，O-BPE体系电流效率很低，因而其应用受到了极大限制。而C-BPE体系中BPE阴极和阳极分别处于不同反应溶液中，避免了溶液的交叉污染，同时其电流效率几乎为100％，使得C-BPE体系只需较低的驱动电压。另外，还可以通过直接测量C-BPE上电流实现对法拉第反应速率分析。在过去几年里，循环伏安法、荧光法、LED发光检测法、电致变色法、电化学发光(ECL)等已经与C-BPE应用相结合。其中，ECL不仅具有灵敏度高、背景噪声低、设备廉价以及操作简单等优点，还可以实现远距离同时监测BPE阵列的工作状态。目前，C-BPE与ECL相结合(即C-BPE-ECL)的微流控芯片已成功用于检测癌症生物标志物、癌细胞、三丙胺、过氧化氢(H2O2)、多巴胺、抗坏血酸等。尽管先前报道的C-BPE-ECL微流控芯片都具良好的分析性能，但仍面临一些问题。比如，这些C-BPE-ECL芯片无法在同一反应微通道中实现多元分析。申请人的前期工作，即中国专利申请CN106093015A，公开了一种闭合式双性电极电致化学发光布芯片，该芯片只设计了一个双性电极，无法实现多元检测。
技术实现思路
为了解决现有的闭合式双性电极电化学发光芯片只含有单个双性电极无法在同一反应微通道中实现多元检测的缺陷，本专利技术的首要目的在于提供一种闭合式的、含有多个双性电极的芯片，其数个双性电极横跨两个微通道(即支持微通道和报告微通道)，因此能够实现多元检测。本专利技术的另一目的在于提供上述芯片在多元检测中的应用，比如在该芯片上可以同时实现对葡萄糖和尿酸的检测。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种芯片，含有报告微通道(也称反应微通道)和支持微通道，阴性驱动电极位于报告微通道中，阳性驱动电极位于支持微通道中；数个闭合式双性电极横跨于两个微通道中；每个闭合式双性电极，其阴极、阳极到对应的驱动电极的距离之和相等；从而实现多元检测；所述“对应的”是指，闭合式双性电极的阴极到阳性驱动电极的距离；阳极的情况以此类推；所述的闭合式双性电极，其阳极位于报告微通道中，阴极位于支持微通道中；所述的多元检测，是指在同一个芯片的两个闭合式双性电极的阳极上分别预固定葡萄糖氧化酶和尿酸氧化酶，在报告微通道中加入含有葡萄糖和尿酸的待测样品后，闭合式双性电极的阳极上发生电化学发光反应，通过检测发光强度，即可以同时实现对葡萄糖和尿酸的检测。本专利技术的芯片，在单一报告微通道中含有数个闭合式双性电极，从而实现多元检测。所述的芯片，每个闭合式双性电极，其阴极、阳极到对应的驱动电极的距离之和相等，这是为了保证每个双性电极阴、阳两极之间电势差相等。这是因为，一方面对于某一种检测物，只有在电势差相等的情况下，才可以实现多个双性电极上发光强度相同；另一方面，对于某一种电化学发光反应体系，只有在电势差相等的情况下，才可以使得不同检测物受驱动电压的影响是一样的。如此，该芯片可能用于检测所有基于该电化学发光反应体系的检测物，进而实现多元检测。所述的微通道是亲水性的；所述微通道的四周是疏水性的蜡坝；所述的一对驱动电极，形状优选矩形且尺寸相同；所述的电极由导电碳浆制成；所述芯片的衬底为纸或者布。上述芯片的制作方法，包括如下步骤：(1)设计微通道图案和电极图案，然后制作出微通道网板和电极网板；(2)将衬底放在微通道网板下方，然后用固体蜡、平滑器具在微通道网板上先后涂抹、研磨；接着将微通道网板和衬底一起放在加热板上烘烤数秒钟，从而使蜡融化渗入到衬底中；(3)取印有微通道的衬底放在电极网板下方(直接印蜡的正面朝上)；然后将导电碳浆倒在电极网板上，刷涂碳浆到衬底上；刷涂完毕，将衬底与电极网板分开，在室温下晾干，制成芯片。上述的芯片可以用于对葡萄糖和尿酸做同时检测，具体包括以下步骤：在芯片的两个闭合式双性电极的阳极上分别预固定葡萄糖氧化酶和尿酸氧化酶，然后在报告微通道中加入含有葡萄糖和尿酸的待测样品，接通驱动电极，闭合式双性电极的阳极上发生电化学发光反应，通过检测发光强度，实现对葡萄糖和尿酸的同时检测；所述含有葡萄糖和尿酸的待测样品，需要预先与鲁米诺溶液混合；优选地，上述芯片在使用时，可以将芯片固定在一个支架上，支架上与芯片微通道对应的位置挖空，这样既可以保证芯片在使用过程中保持平整，又可以避免通道中的溶液与支架或载物台接触而产生不必要的污染；上述芯片在使用时，支持微通道中添加的是碳酸盐缓冲液(carbonatebuffersolution，CBS)。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)相对于现有的开放式双性电极电化学发光技术而言，本专利技术的闭合式双性电极的阳极和阴极分别位于两个空间分离的微通道中，从而有效避免了两个反应系统交叉污染和干扰。另外，本专利技术的驱动电极阳极与双性电极阳极不在一个微流体通道内，避免了驱动电极对分析物的优先消耗，并且可以有效消除来自驱动电极的背景信号干扰。(2)相对于现有的闭合式双性电极电化学发光技术而言，本专利技术可在一对驱动电极下，可以实现多个双性电极上等效果的电化学发光，为实现高通量多元检测提供应用潜力。(3)本专利技术在应用于H2O2和葡萄糖检测中，具有良好的检测灵敏度和线性范围；在实际样品检测中，可以实现多种类葡萄糖样品的检测。(4)本专利技术可以在同一反应微通道中实现葡萄糖和尿酸同时检测，为单一芯片上实现多元检测奠定基础。(5)本专利技术芯片的制作方法简单，廉价，环保，操作人员无需特别训练。附图说明图1是本专利技术芯片的实物图；其中，1-阳性驱动电极，2-闭合式双性电极，3-报告微通道，4-阴性驱动电极，5-蜡坝，6-支持微通道。图2是ECL强度随驱动电压变化的曲线图。图3是ECL强度随鲁米诺浓度变化的曲线图。图4是ECL强度随碳酸盐缓冲液(CBS)的pH值变化的曲线图。图5是同一芯片上三根双性电极(编号1、2和3)阳极上ECL成像图。图6是同一芯片上三根双性电极(编号1、2和3)阳极上ECL强度柱状图。图7是ECL强度随H2O2浓度变化的曲线图；其中，插图A为ECL强度与H2O2浓度成线性关系的曲线图(H2O2浓度范围为0.075-0.5mM)，插图B为ECL强度与过氧化氢浓度的对数成线性关系的曲线图(H2O2浓度范围为1-10mM)。图8是ECL强度随葡萄糖浓度变化的曲线图；其中，插图A为ECL强度与葡萄糖浓度成线性关系的曲线图(葡萄糖浓度范围为0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芯片，其特征在于：含有报告微通道和支持微通道，阴性驱动电极位于报告微通道中，阳性驱动电极位于支持微通道中；数个闭合式双性电极横跨于两个微通道中；每个闭合式双性电极，其阴极、阳极到对应的驱动电极的距离之和相等。

【技术特征摘要】
1.一种芯片，其特征在于：含有报告微通道和支持微通道，阴性驱动电极位于报告微通道中，阳性驱动电极位于支持微通道中；数个闭合式双性电极横跨于两个微通道中；每个闭合式双性电极，其阴极、阳极到对应的驱动电极的距离之和相等。2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于：所述的闭合式双性电极，其阳极位于报告微通道中，阴极位于支持微通道中。3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于：所述的微通道是亲水性的；所述微通道的四周是疏水性的蜡坝。4.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于：所述芯片的衬底为纸或者布。5.权利要求1-4任一项所述芯片的制作方法，包括以下步骤：(1)设计微通道图案和电极图案，然后制作出微通道网板和电极网板；(2)将衬底放在微通道网板下方，然后用固体蜡、平滑器具在微通道网板上先后涂抹、研磨；接着将微通道网板和衬底一起放在加热板上烘烤数秒钟，从而使蜡融化渗入到衬底中；(3)取印...

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