电化学检测芯片、电化学传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种电化学检测芯片，包括电极层，所述电极层的工作电极包括依次层叠设置的导电层、纳米材料层和凝血反应层；所述凝血反应层产生用于检测凝血酶原时间的电信号，所述纳米材料层传递和放大所述电信号。利用纳米材料层的高导电性、大比表面积以及良好的生物相容性等，实现对凝血酶原时间检测过程中电信号的放大、增强，以提高芯片检测的灵敏度、缩短检测时间。本发明专利技术公开了一种电化学传感器，包括上述的电化学检测芯片，能够实现对凝血酶原时间的快速、灵敏检测，且具有较高的检测稳定性和重复性。本发明专利技术公开了一种电化学传感器的制备方法，适于制得上述灵敏度高、检测结果准确的电化学传感器。

【技术实现步骤摘要】
电化学检测芯片、电化学传感器及其制备方法和应用
本专利技术涉及凝血检测
，具体涉及一种电化学检测芯片、电化学传感器、电化学检测芯片的工作电极的修饰方法，以及电化学传感器的制备方法。
技术介绍
凝血功能正常与否关系着人体生理健康状态，凝血功能的评估实验对多种疾病的诊断、治疗和预后判断有重要意义。凝血时间则是衡量凝血状态的重要指标，其中，凝血酶原时间(PT，ProthrombinTime)是目前临床上外源性凝血功能检测的常规指标，是判断机体止血和凝血系统发生病理变化、术前进行凝血性疾病筛查的重要指标，也是目前临床上诊断和观察血栓形成、抗凝药物治疗效果监测的一个首选指标。凝血酶原时间PT取决于血液中的凝血酶原、纤维蛋白原及凝血因子Ⅱ、Ⅴ、Ⅶ、X等的水平，其中凝血因子主要由肝脏合成，因此PT对于肝硬化、肝炎等许多肝病患者的治疗具有极其重要意义，对于一些先天或后天型凝血因子缺乏患者、血栓性疾病患者和先天性FV增多症患者等也都需要严密监控PT凝血时间的变化。目前常规的PT检测多以来大型血凝仪，多采用血栓弹性描记法、光学法等方法来测量凝血时间，不仅对操作人员的操作技能有较高要求，还存在操作复杂、耗时较长等问题。基于电化学方法的凝血酶原时间检测不需要使用大型设备，操作简单、降低了检测成本。中国专利文献CN106680339A中公开了一种基于电化学方法的凝血酶原时间测试卡：混合一定量的重组组织因子(rTF)和磷脂溶液，制备组织因子酯化物。将组织因子脂化物均匀分散在导电基板上并烘干成膜，得到一种基于电化学方法的凝血酶原时间检测卡。上述基于电化学方法的凝血酶原时间检测卡，凝血酶原时间检测试剂直接分散于导电基板中，凝血反应过程中产生的电信号向导电基板直接传递。由于凝血反应过程涉及多种蛋白、酶的参与，蛋白、酶中的多肽链具有弯曲折叠的三维结构，受其三维结构的影响，凝血过程中产生的电子难以传递，凝血过程中产生的电信号强度低，限制了对凝血酶原时间检测的灵敏度。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中基于电化学检测凝血酶原时间的设备存在电子难以传递、电信号强度低的缺陷。为此，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种电化学检测芯片，包括电极层，所述电极层的工作电极包括依次层叠设置的导电层、纳米材料层和凝血反应层；所述凝血反应层产生用于检测凝血酶原时间的电信号，所述纳米材料层传递和放大所述电信号。优选地，上述的电化学检测芯片，所述纳米材料层由碳纳米管、石墨烯和氧化锌中的任一种形成；优选地，所述纳米材料层由碳纳米管形成；优选地，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。优选地，上述的电化学检测芯片，所述凝血反应层包含若干凝血反应单元；每个所述凝血反应单元包括凝血酶识别区、与所述凝血酶识别区相连接的电信号区，和使凝血酶原转化为凝血酶的转化区；所述凝血酶识别区在凝血酶作用下与所述电信号区分离。进一步优选地，上述的电化学检测芯片，所述凝血酶识别区由多肽材料形成，所述电信号区由电信号材料形成，所述转化区域由含有凝血活酶的组织材料形成。进一步优选地，上述的电化学检测芯片，所述电信号材料为对苯二胺。优选地，上述的电化学检测芯片，所述工作电极为丝网印刷电极。优选地，上述的电化学检测芯片，所述电极层还包括参比电极和对电极；优选地，所述参比电极为丝网印刷电极，和/或所述对电极为丝网印刷电极。第二方面，本专利技术提供了一种电化学传感器，包括：上述的电化学检测芯片，所述电化学检测芯片的电极层设置于基底层上；封装层，设置于所述电极层远离所述基底层的一侧面上。优选地，上述的电化学传感器，所述电极层与所述封装层之间还设置有绝缘层，所述绝缘层具有开口，所述电极层在所述开口的位置露出形成所述电化学传感器的反应区。第三方面，本专利技术提供了上述的电化学检测芯片，或上述的电化学传感器在凝血酶原时间检测中的应用。第四方面，本专利技术提供了一种电化学检测芯片的工作电极的修饰方法，包括以下步骤：将纳米材料粉末均匀分散于全氟磺酸树脂溶液中，得到纳米材料分散液；将纳米材料分散液涂覆于工作电极的导电层的表面，干燥，在导电层表面形成纳米材料层；在纳米材料层上涂覆凝血酶底物溶液，凝血酶底物溶液包括含有凝血酶切割位点的多肽，与所述多肽相连接的电信号分子，和含有凝血活酶的组织因子；干燥，在纳米材料层上形成凝血反应层，制得表面修饰的工作电极；优选地，所述纳米材料为纯化的碳纳米管材料。第五方面，本专利技术提供了一种电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：在基底层上制备工作电极的导电层、对电极和参比电极；以上述的工作电极的修饰方法，得到表面修饰的工作电极；在电极层远离基底层的一侧面上设置封装层，即得所述电化学检测传感器。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.一种电化学检测芯片，包括电极层，所述电极层的工作电极包括依次层叠设置的导电层、纳米材料层和凝血反应层；所述凝血反应层产生用于检测凝血酶原时间的电信号，所述纳米材料层传递和放大所述电信号。上述的电化学检测芯片，在用于检测凝血酶原时间时，待检测的缺乏血小板和钙离子的血液与凝血反应层接触，使凝血酶原转化为凝血酶，触发凝血酶原时间检测的凝血过程。同时，凝血反应层产生用于检测凝血酶原时间的电信号，通过采集电信号的变化，能够对凝血酶作用下的凝血过程的发生进行监测，实现检测凝血酶原时间的目的。利用纳米材料的导电性能高、比表面积大、负载量高和生物相容性好等优点，纳米材料能够加快电子的传递，提高电流响应信号，实现对电信号分子产生电信号的传递和放大。通过纳米材料对电信号的传递和放大，使电化学检测芯片对凝血酶原时间检测的灵敏度提高、检测时间缩短、检测所需样本量减少。电化学检测芯片对凝血酶原时间的检测不依赖于血液中纤维蛋白等物质与芯片表面的结合，因此对芯片表面环境一致性的要求低，具有良好的检测重复性。2.本专利技术提供的电化学检测芯片，所述纳米材料层由碳纳米管、石墨烯和氧化锌中的任一种形成；优选地，所述纳米材料层由碳纳米管形成。碳纳米管具有力学特性好、机械强度高、导电性高，比表面积大，电化学稳定性高、较高的纵横比和孔径大小在一定范围内可控制等优点，为担载凝血反应层且发生有效的电信号的传递和传递提供了可能性。碳纳米管的化学稳定性好，有利于减少由于血液中复杂成分造成的信号波动，减少无关物质的干扰，提高检测重复性与稳定性。3.本专利技术提供的电化学检测芯片，所所述凝血反应层包含若干凝血反应单元；每个所述凝血反应单元包括凝血酶识别区、与所述凝血酶识别区相连接的电信号区，和使凝血酶原转化为凝血酶的转化区；所述凝血酶识别区在凝血酶作用下与所述电信号区分离。凝血反应层与缺乏血小板和钙离子的血液接触后，血液中的凝血酶原在转化区上转化为凝血酶，凝血酶作用于凝血酶识别区，使与凝血酶识别区相连接的电信号区分离。电信号区在外界电压作用下，产生电子移动，形成可被记录的电流，通过记录电流响应信号的变化，实现对凝血酶原时间的检测。4.本专利技术提供的电化学检测芯片，所述凝血酶识别区由多肽材料形成，所述电信号区由电信号材料形成，所述转化区域由含有凝血活酶的组织材料形成。待检测的缺乏血小板和钙离子的血液，在形成转化区的组织材料存在下，组织材料中的凝血活酶将血液中的凝血酶原转化为凝血酶，在凝血酶作用下，血液中可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学检测芯片，包括电极层，其特征在于，所述电极层的工作电极包括依次层叠设置的导电层、纳米材料层和凝血反应层；所述凝血反应层产生用于检测凝血酶原时间的电信号，所述纳米材料层传递和放大所述电信号。

【技术特征摘要】
1.一种电化学检测芯片，包括电极层，其特征在于，所述电极层的工作电极包括依次层叠设置的导电层、纳米材料层和凝血反应层；所述凝血反应层产生用于检测凝血酶原时间的电信号，所述纳米材料层传递和放大所述电信号。2.根据权利要求1所述的电化学检测芯片，其特征在于，所述纳米材料层由碳纳米管、石墨烯和氧化锌中的任一种形成；优选地，所述纳米材料层由碳纳米管形成；优选地，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。3.根据权利要求1或2所述的电化学检测芯片，其特征在于，所述凝血反应层包含若干凝血反应单元；每个所述凝血反应单元包括凝血酶识别区、与所述凝血酶识别区相连接的电信号区，和使凝血酶原转化为凝血酶的转化区；所述凝血酶识别区在凝血酶作用下与所述电信号区分离。4.根据权利要求3所述的电化学检测芯片，其特征在于，所述凝血酶识别区由多肽材料形成，所述电信号区由电信号材料形成，所述转化区域由含有凝血活酶的组织材料形成。5.根据权利要求4所述的电化学检测芯片，其特征在于，所述电信号材料为对苯二胺。6.根据权利要求1－5任一项所述的电化学检测芯片，其特征在于，所述工作电极为丝网印刷电极。7.根据权利要求1－6任一项所述的电化学检测芯片，其特征在于，所述电极层还包括参比电极和对电极；优选地，所述参比电极为丝网印刷电极，和/或所述对电极为丝网印刷电极。8.一种电化学传...

【专利技术属性】
技术研发人员：周连群，郭振，李超，张威，李传宇，姚佳，张芷齐，李金泽，唐玉国，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32