一种纸基双模式检测镁离子的方法技术

本发明专利技术公开了一种纸基双模式检测镁离子的方法。利用蜡打印和激光切割技术在纸上制备疏水区域和亲水区域，并借助丝网印刷技术，印制三电极。通过对纸芯片的不同区域进行功能化，利用材料粒径和纸纤维孔径间的大小差异，3，3’‑二氨基联苯胺的显色作用以及镁离子与其特异性DNA酶的识别作用，可以实现对镁离子的可视化定性和电化学发光精准检测。

A method of paper based double mode detection of magnesium ions

The invention discloses a paper based double mode detection method for magnesium ion. Wax printing and laser cutting technology were used to prepare hydrophobic and hydrophilic areas on paper, and screen printing technology was used to print three electrodes. By functionalization of different areas of paper chips, the visual qualitative and electrochemiluminescence precise detection of magnesium ions can be achieved by utilizing the size difference between the size of materials and the aperture of paper fibers, the color reaction of 3,3'

【技术实现步骤摘要】
一种纸基双模式检测镁离子的方法
本专利技术涉及一种纸基双模式检测镁离子的方法，属于镁离子的检测

技术介绍
镁是一种参与生物体正常生命活动及新陈代谢过程必不可少的元素，钙、磷、碘、钾、维生素等营养素在人体内的新陈代谢作用也都依靠镁来发挥。它能促进细胞的增殖和生长，维持人体组织的完整性。镁是降低血液中胆固醇的主要催化剂，也是维持心脏收缩的重要离子。体内缺镁，可导致心肌纤维坏死、心排血量减低、心律紊乱等。镁耗竭还可以导致胰岛素抵抗及胰岛素分泌损害。因此，对镁离子浓度的分析与检测对人体健康有着重要意义。然而，目前检测镁离子的方法需要特定的设备，测定周期长，操作复杂，很多方法只能停留在实验室内不能用于实践。因此，研究和开发简便、快速、灵敏、准确的检测方法是十分重要的。微流控纸芯片作为新型设备具有制作过程简单、易携带、成本低、生物相容性和生物降解能力好等优点，可以用于疾病检测、环境质量监控和水质分析等领域。因此，研究和开发新型、实用、便宜、操作简单的纸器件有着重要意义。
技术实现思路
针对目前存在的上述问题，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种双模式纸基设备的构建方法，通过比色法和电化学发光法实现对镁离子的可视化定性以及电化学发光定量检测，其特征是包括以下步骤：1.在计算机上利用AdobeIllustratorCS4软件设计疏水蜡打印图案并利用固态蜡打印机将其批量打印到裁剪的A4滤纸上，随后将其在加热板加热至蜡融化并渗透整个纸的厚度，形成疏水墙，样式如附图1所示，其中A为比色区，B为电化学发光检测区；2.采用丝网印刷的方法，将Ag/AgCl参比电极，碳工作电极和碳对电极分别印刷到纸器件背面圆形亲水区域a、b、c，且印刷电极面积小于预留亲水区域面积，样式如附图2所示；比色区由灰色疏水图案包围的白色圆形区域用来辅助液体渗透到电化学发光检测区区域b，由灰色疏水图案包围的白色矩形区域用来记录颜色长度，电化学发光检测区域由灰色疏水图案围成的白色矩形区域用来辅助连通三电极；3.制备枝状金纳米粒子：将80mL二次水加热至90℃，并加入0.8mL质量分数为1%的氯金酸溶液，继续加热至96℃保持1min，最后加入2.8mL质量分数为1%的柠檬酸钠，并加热5min后冷却至室温；取20μL上述溶液滴加到电化学发光检测区圆形亲水工作区域，自然晾干后重复上述操作一次；继续滴加20μL由0.018g盐酸羟胺，1.0mL二次水和667μL质量分数为1%的氯金酸溶液组成的混合溶液，自然晾干后重复上述操作一次；4.制备氧化石墨烯-Ag-N-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺纳米复合物：将1.0mL0.02mol/LN-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺快速加入由2.0mL10mmol/L硝酸银溶液，500μL2.0mg/mL氧化石墨烯溶液，5.0mL二次水，9.0mL乙醇组成的混合溶液并于室温磁力搅拌下反应12小时，将得到的溶液用乙醇和二次水洗涤数次得到氧化石墨烯-Ag-N-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺纳米复合物；5.制备硫化镉量子点：将172μL巯基丙酸加入40mL20mmol/L的氯化镉溶液中并用1mol/L的氢氧化钠溶液调节其pH为10，继续加入20mL20mmol/L的硫代乙酰胺，并持续搅拌30min后于80℃回流10h，得到的硫化镉胶体于室温下透析24小时得到硫化镉量子点；6.制备Au-辣根过氧化物酶-DNA链2-HKUST-1@Pt复合物(1)制备HKUST-1@Pt纳米粒子：称取0.545g三水合硝酸铜溶解在7.5mL二次水中，称取0.264g均苯三甲酸溶解在7.5mL乙醇中，使其完全溶解；将上述得到的两种溶液混合并于室温下磁力搅拌30min得到均匀溶液，将其于120℃反应24h，冷却至室温，用乙醇和二次水洗涤数次，并于80℃真空状态下反应10小时得到金属有机框架材料HKUST-1，HKUST-1为Cu3(BTC)2,BTC代表均苯三甲酸；取1mL质量分数为1%的氯铂酸加入1mL1mg/mL的HKUST-1中并超声处理20min，取2mL0.1mol/L硼氢化钠溶液逐滴加入上述混合溶液并剧烈搅拌30min，最后，将得到的溶液以12000rpm离心10min并用二次水洗涤三次得到HKUST-1@Pt纳米粒子；(2)制备Au纳米立方体-辣根过氧化物酶-DNA链2-HKUST-1@Pt复合物：将0.15mL0.1mol/L硼氢化钠溶液于4℃保存3h后快速加入由6.25mL1.0mmol/L氯金酸溶液和18.75mL0.1mol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液组成的混合溶液中，得到黄褐色溶液，将其于室温磁力搅拌下反应4h，得到Au种子溶液；将5.0μLAu种子溶液，50μL0.01mol/L硫酸铜溶液，3.0mL0.1mol/L新制备的抗坏血酸溶液依次加入到由5.0mL2.0mmol/L氯金酸和20mL0.02mol/L十六烷基三甲基溴化铵组成的混合溶液中，溶液在5min后变为紫红色，将得到的溶液以12000rpm离心10min并用二次水洗涤两次，得到Au纳米立方体；取40μL5μmol/LDNA链2与1.0mLpH5.2的缓冲溶液，1.5μL10mmol/L三（2-羧乙基）膦混合并保持1h；将上述混合溶液与500μLAu纳米立方体溶液混合并磁力搅拌1h；将得到的溶液与80μL1mgmL-1辣根过氧化物酶混合并于室温下磁力搅拌1.5h得到Au纳米立方体-辣根过氧化物酶-DNA链2复合物；将上述复合物与1.0mLHKUST-1@Pt纳米粒子混合并于室温下磁力搅拌16h后于4℃保持4h，最后用乙醇和二次水洗涤数次得到Au纳米立方体-辣根过氧化物酶-DNA链2-HKUST-1@Pt纳米粒子复合物；7.取20μL氧化石墨烯-Ag-N-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺纳米复合物滴加到金纳米粒子修饰的区域b并自然晾干；依次滴加20μL硫化镉量子点，15μL0.05wt%的壳聚糖固定液并自然晾干；继续滴加20μLDNA链3溶液并于37℃保持1小时后4℃保存24h；最后用10mmol/LpH8.0的缓冲溶液冲洗工作区域以除去多余的DNA链3，所述的DNA链3碱基序列如核苷酸序列表所示，其中其3’端修饰上巯基和6个亚甲基；8.取20μL由60μL1μmol/LDNA链1，500μLpH8.0的缓冲溶液，500μL1mM三（2-羧乙基）膦组成的混合溶液与20μLAu纳米立方体-辣根过氧化物酶-DNA链2-HKUST-1复合物混合并加热到95°C以形成Mg2+特异性DNA酶；将纸器件比色区沿虚线部分进行切割，沿实线部分进行折叠，取15μL上述溶液滴加到比色区圆形亲水区域并于室温下保持1.5h；继续滴加20μL含有镁离子的待测溶液并于37°C保持0.5h以完成镁离子与其特异性DNA酶之间的特异性识别，由于材料粒径和纸纤维孔径大小不同，连接有Au-辣根过氧化物酶的DNA链2序列能渗透纸芯片实现与DNA链3碱基互补配对，所述的DNA链1碱基序列如核苷酸序列表所示，其中其5’端修饰上氨基和6个亚甲基，DNA链2碱基序列如核苷酸序列表所示，其中其5’端修饰上巯基，3’端修饰上氨基和6个亚甲基，且自左向右第23个碱基A代表腺嘌呤核糖核酸；9.取20μL20mmol本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纸基双模式检测镁离子的方法，其特征是包括以下步骤：(1) 在计算机上利用Adobe Illustrator CS4软件设计疏水蜡打印图案并利用固态蜡打印机将其批量打印到裁剪的A4尺寸滤纸上，随后将其在加热板加热至蜡融化并渗透整个纸的厚度，形成疏水墙，借助折纸技术构筑纸器件；该纸器件包含两部分，分别为电化学发光检测区和比色区，其中电化学发光检测区印有圆形亲水区域和矩形亲水区域，分别用来印刷三电极和辅助连通三电极，比色区印有圆形亲水工作区域和矩形亲水比色条，分别用来辅助液体渗透到电化学发光检测区圆形亲水区域和记录颜色长度；(2) 采用丝网印刷的方法，将碳对电极，碳工作电极和Ag/AgCl参比电极自左到右依次印刷到纸器件背面电化学发光检测区圆形亲水区域，且印刷的电极面积小于预留亲水区域面积，纸器件可沿虚线部分进行切割，沿实线部分进行折叠，可使比色区圆形亲水区域与电化学发光检测区中间圆形亲水区域重合；(3) 对电化学发光检测区圆形亲水工作区域进行功能化，首先通过种子溶液生长法生长枝状金纳米粒子，具体生长步骤为：将80 mL二次水加热至90 ℃，并加入0.8 mL 质量分数为1% 的氯金酸溶液，继续加热至96 ℃保持1 min，最后加入2.8 mL 质量分数为1%的柠檬酸钠，并加热5 min后冷却至室温；取20 μL上述溶液滴加到电化学发光检测区圆形亲水工作区域，自然晾干后重复上述操作一次；继续滴加20 μL由0.018 g盐酸羟胺，1.0 mL二次水和667 μL质量分数为1%的氯金酸溶液组成的混合溶液，自然晾干后重复上述操作一次；(4)在电化学发光检测区圆形亲水工作区域修饰氧化石墨烯‑Ag‑N‑(4‑氨丁基)‑N‑乙基异鲁米诺纳米复合物，具体步骤为：将1.0 mL 0.02 mol/L N‑(4‑氨丁基)‑N‑乙基异鲁米诺快速加入由2.0 mL 10 mmol/L硝酸银溶液，500 μL 2.0 mg/mL氧化石墨烯溶液，5.0 mL二次水，9.0 mL乙醇组成的混合溶液并于室温磁力搅拌下反应12小时，将得到的溶液用乙醇和二次水洗涤数次得到氧化石墨烯‑Ag‑N‑(4‑氨丁基)‑N‑乙基异鲁米诺纳米复合物，取20 μL滴加到金纳米粒子修饰的工作区域并自然晾干；(5) 在电化学发光检测区圆形亲水工作区域继续修饰硫化镉量子点以及DNA链3，具体步骤为：首先，将172 μL巯基丙酸加入40 mL 20 mmol/L的氯化镉溶液中并用1 mol/L的氢氧化钠溶液调节其pH为10，继续加入20 mL 20 mmol/L的硫代乙酰胺，并持续搅拌30 min后于80 ℃回流10 h，得到的CdS胶体于室温下透析24 h得到硫化镉量子点；依次滴加20 μL硫化镉量子点，15 μL质量分数为0.05 %的壳聚糖固定液于电化学发光检测区圆形亲水工作区域并自然晾干；继续滴加20 μL DNA链3溶液并于37 ℃保持1小时后4 ℃保存24 h；最后用10 mmol/L pH 8.0的缓冲溶液冲洗工作区域以除去多余的DNA链3，所述的DNA链3碱基序列如核苷酸序列表所示，其中其3’端修饰上巯基和6个亚甲基；(6) 在比色区圆形亲水区域修饰DNA链1与Au纳米立方体‑辣根过氧化物酶‑DNA链2‑HKUST‑1@Pt纳米粒子复合物，具体步骤为：称取0.545 g三水合硝酸铜溶解在7.5 mL二次水中，称取0.264 g均苯三甲酸溶解在7.5 mL乙醇中，使其完全溶解，将上述得到的两种溶液混合并于室温下磁力搅拌30 min得到均匀溶液，将其于120 ℃反应24 h，冷却至室温，用乙醇和二次水洗涤数次，并于80 ℃真空状态下保持10小时得到金属有机框架材料HKUST‑1，HKUST‑1为Cu3(BTC)2, BTC代表均苯三甲酸；取1 mL质量分数为1%的氯铂酸加入1 mL 1 mg/mL 的HKUST‑1中并超声处理20 min,取2 mL 0.1 mol/L硼氢化钠溶液逐滴加入上述混合溶液并剧烈搅拌30 min，最后，将得到的溶液以12000 rpm离心10 min并用二次水洗涤三次得到HKUST‑1@Pt纳米粒子；将0.15 mL 0.1 mol/L硼氢化钠溶液于4 ℃保存3 h后快速加入由6.25 mL 1.0 mmol/L 氯金酸溶液和18.75 mL 0.1 mol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液组成的混合溶液中，得到黄褐色溶液,将其于室温磁力搅拌下反应4 h，得到Au种子溶液；将5.0 μL Au种子溶液，50 μL 0.01 mol/L硫酸铜溶液，3.0 mL 0.1 mol/L新制备的抗坏血酸溶液依次加入到由5.0 mL 2.0 mmol/L氯金酸溶液和20 mL 0.02 mol/L十六烷基三甲基溴化铵组成的混合溶液中，溶液在5 min后变为紫...

【技术特征摘要】
1.一种纸基双模式检测镁离子的方法，其特征是包括以下步骤：(1)在计算机上利用AdobeIllustratorCS4软件设计疏水蜡打印图案并利用固态蜡打印机将其批量打印到裁剪的A4尺寸滤纸上，随后将其在加热板加热至蜡融化并渗透整个纸的厚度，形成疏水墙，借助折纸技术构筑纸器件；该纸器件包含两部分，分别为电化学发光检测区和比色区，其中电化学发光检测区印有圆形亲水区域和矩形亲水区域，分别用来印刷三电极和辅助连通三电极，比色区印有圆形亲水工作区域和矩形亲水比色条，分别用来辅助液体渗透到电化学发光检测区圆形亲水区域和记录颜色长度；(2)采用丝网印刷的方法，将碳对电极，碳工作电极和Ag/AgCl参比电极自左到右依次印刷到纸器件背面电化学发光检测区圆形亲水区域，且印刷的电极面积小于预留亲水区域面积，纸器件可沿虚线部分进行切割，沿实线部分进行折叠，可使比色区圆形亲水区域与电化学发光检测区中间圆形亲水区域重合；(3)对电化学发光检测区圆形亲水工作区域进行功能化，首先通过种子溶液生长法生长枝状金纳米粒子，具体生长步骤为：将80mL二次水加热至90℃，并加入0.8mL质量分数为1%的氯金酸溶液，继续加热至96℃保持1min，最后加入2.8mL质量分数为1%的柠檬酸钠，并加热5min后冷却至室温；取20μL上述溶液滴加到电化学发光检测区圆形亲水工作区域，自然晾干后重复上述操作一次；继续滴加20μL由0.018g盐酸羟胺，1.0mL二次水和667μL质量分数为1%的氯金酸溶液组成的混合溶液，自然晾干后重复上述操作一次；(4)在电化学发光检测区圆形亲水工作区域修饰氧化石墨烯-Ag-N-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺纳米复合物，具体步骤为：将1.0mL0.02mol/LN-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺快速加入由2.0mL10mmol/L硝酸银溶液，500μL2.0mg/mL氧化石墨烯溶液，5.0mL二次水，9.0mL乙醇组成的混合溶液并于室温磁力搅拌下反应12小时，将得到的溶液用乙醇和二次水洗涤数次得到氧化石墨烯-Ag-N-(4-氨丁基)-N-乙基异鲁米诺纳米复合物，取20μL滴加到金纳米粒子修饰的工作区域并自然晾干；(5)在电化学发光检测区圆形亲水工作区域继续修饰硫化镉量子点以及DNA链3，具体步骤为：首先，将172μL巯基丙酸加入40mL20mmol/L的氯化镉溶液中并用1mol/L的氢氧化钠溶液调节其pH为10，继续加入20mL20mmol/L的硫代乙酰胺，并持续搅拌30min后于80℃回流10h，得到的CdS胶体于室温下透析24h得到硫化镉量子点；依次滴加20μL硫化镉量子点，15μL质量分数为0.05%的壳聚糖固定液于电化学发光检测区圆形亲水工作区域并自然晾干；继续滴加20μLDNA链3溶液并于37℃保持1小时后4℃保存24h；最后用10mmol/LpH8.0的缓冲溶液冲洗工作区域以除去多余的DNA链3，所述的DNA链3碱基序列如核苷酸序列表所示，其中其3’端修饰上巯基和6个亚甲基；(6)在比色区圆形亲水区域修饰DNA链1与Au纳米立方体-辣根过氧化物酶-DNA链2-HKUST-1@Pt纳米粒子复合物，具体步骤为：称取0.545g三水合硝酸铜溶解在7.5mL二次水中，称取0.264g均苯三甲酸溶解在7.5mL乙醇中，使其完全溶解，将上述得到的两种溶液混合并于室温下磁力搅拌30min得到均匀溶液，将其于120℃反应24h，冷却至室温，用乙醇和二次水洗涤数次，并于80℃真空状态下保持10小时得到金属有机框架材料HKUST-1，HKUST-1为Cu3(BTC)2,BTC代表均苯三甲酸；取1mL质量分数为1%的氯铂酸加入1mL1mg/mL的HKUST-1中并超声处理20min,取2mL0.1mol/L硼氢化钠溶液逐滴加入上述混合溶液并剧烈搅拌30min，最后，将得到的溶液以12000rpm离心10min并用二次水洗涤三次得到HKUST-1@Pt纳米粒子；将0.15mL0.1mol/L硼氢化钠溶液于4℃保存3h后快速加入由6.25mL...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐金梦，张彦，黄煜真，李丽，杨红梅，崔康，于京华，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37