电极修饰的重金属离子微流控检测芯片及制备方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种电极修饰的重金属离子微流控检测芯片，包括微流控模块和三电极传感器，其中：微流控模块由3D打印一体成型，内部有微通道和传感器插槽；三电极传感器包括由印制于卡片状底板上的三个电极，其中工作电极为经多孔纳米NiMn

Electrode modified heavy metal ion microfluidic chip and its preparation

【技术实现步骤摘要】
电极修饰的重金属离子微流控检测芯片及制备方法
本专利技术属于电化学检测
，特别涉及一种电极修饰的重金属离子微流控检测芯片。本专利技术还提供了所述微流控芯片的制备方法。
技术介绍
随着互联网产业化、工业智能化的发展，电子电气产品数量呈爆发性增长，人类在享受现代科学技术和电子商务带来的全新生活方式的同时，也面临大量电子垃圾对生存环境造成的日渐增长的威胁。重金属为电子垃圾中最主要的污染成分之一，广泛存在于电子电气产品中，若原料、产品或废弃物未能得到良好管控，重金属会直接进入土壤、水体和大气，造成直接污染，也可通过相互迁移于不同环境之间造成间接污染。由于重金属不可降解，能通过食物链迁移、富集最终被人体摄入并在脏器中积累，且摄入的重金属难以排出体外，人体内的重金属极易与蛋白和酶等结合致其失活，导致慢性中毒及其他严重病变，对人类的生命健康造成难以估量的损害。因此，各国对电子垃圾中的有毒有害污染物，特别是重金属离子的管控日益严格，对各种介质中重金属含量的检测技术也提出了越来越高的要求。现有技术中不同介质中重金属含量的检测技术大致分为三大类：光谱分析法、电化学分析法及生化分析法。其中，电化学分析法所用仪器体积相对较小，成本低廉，检测设备易于实现微型化和集成化，灵活多变，适应性强，近年来逐渐成为分析仪器研究的重点。电化学分析法中的阳极溶出伏安法（AnodicStrippingVoltammetry，ASV）基于每种金属都有特定的氧化或溶出峰电位对溶液中的金属离子进行定性和定量分析，是一种非常适合作为检测痕量重金属的方法。传统ASV使用棒状三电极体系在烧杯中进行测定，检测过程对试样溶液需求量大、预电解时间长，检测结果重现性较差，不便作为现场快速检测的解决方案。近年来，微流控芯片技术的发展为ASV的发展开辟了新方向。微流控芯片是在一块很小的基体材料上加工出微通道，并且将其他功能单元，包括样品输送单元、前处理单元、反应单元、分离单元、光学或电学响应检测单元，集成于芯片之上，由于其微型化的优点，样品需求量和试剂消耗量均很小，大大降低了实验室的环保负荷和二次污染的风险，非常契合现代分析技术的发展趋势。现有技术中用于ASV重金属离子检测的微流控芯片通常包含微流控层和带有电化学分析所需电极的传感器层，微流控层中具有微通道，作为供待测溶液流通的流体工作区，传感器层中具有匹配的电极，实际使用时将传感器层组合在微流控层中进行检测流程。微通道设计为薄层形式，可减少样品试液的用量，同时提高试液与反应面的作用效率，相应地将电极设计为平面形式，与薄层状的微通道匹配。现有的ASV重金属离子检测的微流控芯片在保证检测灵敏度和稳定性的基础上，具有体积小，方便携带，检测效率高的优点，可实现现场快速原位检测，引领未来ASV重金属离子检测的发展趋势。在现有的用于ASV重金属离子检测的微流控芯片的基础上，如何进一步提升检测性能，成为需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种电极修饰的重金属离子微流控检测芯片及制备方法，采用多孔纳米NiMn2O4修饰全固态平面电极中的裸碳工作电极，有效提升微流控芯片对痕量铅和镉检测的灵敏度。为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供一种电极修饰的重金属离子微流控检测芯片，包括微流控模块和三电极传感器，其中：所述微流控模块内部包含微通道，所述微通道的两端设置有与外部连通的进液管和出液管；所述三电极传感器包括设置于卡片状底板上的三个全固态平面电极，分别为工作电极、辅助电极和参比电极，所述三电极传感器一端为接口区，所述三个全固态平面电极引线末端作为触脚排列在所述接口区内；所述微流控模块在所述微通道底部设置有匹配所述三电极传感器的传感器插槽；当所述三电极传感器插入所述传感器插槽后，所述三个全固态平面电极与所述微通道实现连通，三电极传感器通过插入传感器插槽与微流控模块组装在一起，为可拆卸设计；所述接口区留在所述传感器插槽之外，检测时由外部接头连接接口区的各电极的触脚，对电极施加电压，同时检测电极回路的电流；所述微流控模块为3D打印的透明柔性器件，其内部的所述微通道、所述进液管、所述出液管和所述传感器插槽随所述微流控模块的打印一体成型；所述工作电极为裸碳电极，表面以多孔纳米NiMn2O4修饰；所述辅助电极为Ag电极；所述参比电极为Ag/AgCl电极。作为微流控模块的优选，所述微通道为鞍形薄层，所述进液管和出液管分别连接在所述微通道的两个鞍形端部，并沿与端部相切方向延伸。优选地，所述进液管和所述出液管分别具有凸出所述微流控模块表面的进液管口和出液管口，便于与外部流体管道连接。作为三电极传感器的优选，所述接口区和所述触脚按照USB规格设置，使所述接口区可直接插入USB接口，且所述触脚可与USB接口的引脚对应连通；因标准的USB接口具有平行排列的四个引脚，当所述接口区与USB接口对接时，只需三个触脚与标准USB接口内任意三个引脚接触即可，可根据实际需求自由选择。本专利技术实施例还提供了上述电极修饰的重金属离子微流控检测芯片的制备方法，包括以下步骤：1.微流控模块制作：采用3D打印的聚合物喷射工艺制作微流控模块，其内部的微通道、进液管、出液管和传感器插槽随微流控模块打印一体成型，打印材料为VeroClear光敏树脂；2.三电极传感器制作：采用丝网印刷方式制作匹配微流控模块的三电极传感器，以绝缘卡片为底板，在底板上分层印刷三电极，包括工作电极、辅助电极和参比电极，所述三电极引线末端排列在底板一端形成接口区；再用多孔纳米NiMn2O4对工作电极表面进行修饰；3.微流控检测芯片组装：将三电极传感器非接口区一端插入传感器插槽，使所述三电极与微通道连通，三电极传感器与传感器插槽密合，将接口区留在传感器插槽之外用于外部连接，即将微流控模块和三电极传感器组装成微流控检测芯片。作为步骤2三电极传感器制作的优选，所述底板采用柔性PVC材料，所述分层印刷三电极的步骤包括：2.1.在底板上印刷所述三电极及引线的底层Ag层；2.2.在所述参比电极的Ag层上印刷Ag/AgCl层；2.3.在所述三电极的引线及所述工作电极的Ag层上印刷碳层；2.4.在所述底板的所述三电极和引线区之外的其他区域印刷覆盖绝缘油墨。作为步骤2三电极传感器制作的优选，所述用多孔纳米NiMn2O4对工作电极表面进行修饰的步骤包括：2.5.制备多孔纳米NiMn2O4；2.6.修饰工作电极：用Nafion将多孔纳米NiMn2O4固定在所述工作电极的表面以修饰所述工作电极。作为步骤2.5制备多孔纳米NiMn2O4的优选，其具体步骤包括：2.5.1.将MnCl2•6H2O20mmol/L，NiCl2•6H2O40mmol/L，Mn(NH2)2120mmol/L和NH4F0.1g溶解在5mL乙醇和30mL去离子水中，剧烈搅拌30min；2.5.2.待溶液自然冷却到室温后，用蒸馏水清洗反应产物至少5次后进行干燥；2.5.3.将反应产物在2°C/min的管式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极修饰的重金属离子微流控检测芯片，包括微流控模块（1）和三电极传感器（2），其中：/n所述微流控模块（1）内部包含微通道（10），所述微通道（10）的两端设置有与外部连通的进液管（12）和出液管（13）；所述三电极传感器（2）包括设置于卡片状底板（20）上的三个全固态平面电极，分别为工作电极（21）、辅助电极（22）和参比电极（23），所述三电极传感器（2）一端为接口区（24），所述三个全固态平面电极引线末端的触脚（240）排列在所述接口区（24）内；所述微流控模块（1）在所述微通道（10）底部设置有匹配所述三电极传感器（2）的传感器插槽（11）；当所述三电极传感器（2）插入所述传感器插槽（11）后，所述三个全固态平面电极与所述微通道（10）实现连通，所述接口区（24）留在所述传感器插槽（11）之外；其特征在于：/n所述微流控模块（1）为3D打印的透明柔性器件，其内部的所述微通道（10）、所述进液管（12）、所述出液管（13）和所述传感器插槽（11）随所述微流控模块（1）的打印一体成型；所述工作电极（21）为裸碳电极，表面以多孔纳米NiMn

【技术特征摘要】
1.一种电极修饰的重金属离子微流控检测芯片，包括微流控模块（1）和三电极传感器（2），其中：
所述微流控模块（1）内部包含微通道（10），所述微通道（10）的两端设置有与外部连通的进液管（12）和出液管（13）；所述三电极传感器（2）包括设置于卡片状底板（20）上的三个全固态平面电极，分别为工作电极（21）、辅助电极（22）和参比电极（23），所述三电极传感器（2）一端为接口区（24），所述三个全固态平面电极引线末端的触脚（240）排列在所述接口区（24）内；所述微流控模块（1）在所述微通道（10）底部设置有匹配所述三电极传感器（2）的传感器插槽（11）；当所述三电极传感器（2）插入所述传感器插槽（11）后，所述三个全固态平面电极与所述微通道（10）实现连通，所述接口区（24）留在所述传感器插槽（11）之外；其特征在于：
所述微流控模块（1）为3D打印的透明柔性器件，其内部的所述微通道（10）、所述进液管（12）、所述出液管（13）和所述传感器插槽（11）随所述微流控模块（1）的打印一体成型；所述工作电极（21）为裸碳电极，表面以多孔纳米NiMn2O4修饰；所述辅助电极（22）为Ag电极；所述参比电极（23）为Ag/AgCl电极。


2.根据权利要求1所述的微流控检测芯片，其特征在于，所述微通道（10）为鞍形薄层，所述进液管（12）和出液管（13）分别连接在所述微通道（10）的两个鞍形端部，并沿与端部相切方向延伸。


3.根据权利要求1所述的微流控检测芯片，其特征在于，所述进液管（12）和所述出液管（13）分别具有凸出所述微流控模块（1）表面的进液管口（121）和出液管口（131）。


4.根据权利要求1至3任一项所述的微流控检测芯片，其特征在于，所述接口区（24）和所述触脚（240）按照USB规格设置，使所述接口区（24）可直接插入USB接口（3），且所述触脚（240）可与USB接口（3）的引脚对应连通。


5.权利要求1所述的电极修饰的重金属离子微流控检测芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
微流控模块制作：采用3D打印的聚合物喷射工艺制作微流控模块，其内部的微通道、进液管、出液管和传感器插槽随微流控模块打印一体成型，打印材料为VeroClear光敏树脂；
三电极传...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪颖，刘佳，高玲，唐晨，张跃，王金陵，安伟，薛鑫，万其露，陈建松，
申请(专利权)人：江苏扬子检验认证有限公司，南京检验检疫技术中心，
类型：发明
国别省市：江苏;32