一种重金属离子检测电化学微流控传感芯片制造技术

本申请公开了一种重金属离子检测电化学微流控传感芯片，包括基底层和PDMS层，所述PDMS层是通过物理吸附固定在基底层上方，并规划出多个对称分布的检测单元；每个检测单元包括重金属离子特异性反应酶/巯基己醇/二氧化铈

【技术实现步骤摘要】
一种重金属离子检测电化学微流控传感芯片


[0001]本技术属于基因工程领域，具体涉及一种重金属离子电化学微流控传感芯片。

技术介绍

[0002]随着工业的快速发展，重金属离子大量排放导致的污染问题日益严峻。重金属离子极易与生物体内的蛋白质结合，产生不可逆的改变，从而影响组织细胞功能。例如，在临床诊疗中，血铅浓度超标会损害儿童的神经发育、引发成人的高血压和贫血等疾病，更甚者会导致死亡。目前常用的重金属离子检测方法主要有：原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法、滴定法和重量法。这些检测方法虽然发展成熟，结果精准，但是设备昂贵，不易携带，检测过程耗时长，对操作人员具有较高的技术要求，无法满足在广大偏远农村地区和紧急状况下对检测的需求。为了实现对重金属离子污染的及时掌控，设计一种低成本、高灵敏、高精准的快速、便携式传感设备是十分必要的。
[0003]微流控芯片作为一种新兴的检测平台，其小型化、集成化和便于携带的特点使其广泛应用在疾病诊断和环境检测等领域。将其依据基底材质进行分类主要有：硅芯片、纸基芯片、玻璃芯片。其中，硅材料因其不耐高压、不透明和脆性大等半导体特性使其与传统的检测技术不兼容。原材料便宜、加工制作简单的纸基芯片具有可折叠、可设计的优势，的确满足了一些实际应用需求。但纸芯片内部的纤维结构是无法完全复制的，并且纸纤维易破损、易吸湿，使检测结果的精准性易受到影响。然而，玻璃材料具有良好电渗性质和光学性质等诸多优势，并可以通过物理和化学手段对表面和内部进行改性以满足应用需要。因此，将其用做微流控芯片载体，可有效提高检测结果的可控性、重现性、灵敏性和准确性。
[0004]目前建立在微流控芯片分析器件上的分析方法主要有：比色法，光学检测法和电化学检测法等。其中，三电极体系构建的电化学传感器以其灵敏度高、检测范围宽、操作简单、检测快速而备受研究者青睐。但是普通的电化学检测方法多依赖于生物酶做为负载标签，用于催化反应，实现信号的转换。而生物酶具有提取困难、不易存储和容易失活等特点，不仅提高了传感器的制备和存储条件，还会导致检测结果不精准。随着纳米材料的新兴与发展，研究者发现众多纳米材料具有比表面积大、良好生物相容性和类酶催化性等特征。选取恰当的无生物活性的纳米材料引入电化学的构建中，有望提高传感器检测结果的准确性和减少因存储带来的费用消耗。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本申请提出一种电化学微流控传感芯片的制备工艺和重金属离子检测方法，所述的微流控芯片具有便于携带、设备简单、操作快速、成本低和灵敏度高等优点。
[0006]一种重金属离子检测电化学微流控传感芯片，包括基底层和PDMS层，所述PDMS层是通过物理吸附固定在基底层上方，并规划出多个对称分布的检测单元；每个检测单元包括重金属离子特异性反应酶/巯基己醇/二氧化铈-金纳米复合材料标记的重金属离子探针
链和具有导电层的工作电极、参比电极、对电极、工作电极池、对电极池、参比电极池和微流道槽；其中对电极池和参比电极池分别处于工作电极池两侧，并通过微流道槽进行连通，对电极和参比电极分别插入对电极池和参比电极池中。
[0007]进一步的，所述导电层为金纳米导电层，制备方法为蒸镀法、溅射法、电镀、电化学沉积和化学生长法中的任一种，所述金纳米导电层长度为6-16mm，宽度为2-6mm。
[0008]进一步的，所述重金属离子特异性反应酶/巯基己醇/二氧化铈-金纳米复合材料标记的重金属离子探针链为重金属离子特异性反应酶和巯基己醇分别通过金
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硫键固定在金纳米导电层上；二氧化铈-金纳米复合材料通过重金属离子探针链和重金属离子特异性反应酶互补配对的方式固定在金纳米导电层表面。
[0009]进一步的，检测时，将适量的邻苯二胺和过氧化氢的缓冲溶液加入到工作电极池中，使工作电极池、对电极池、参比电极池连通，芯片连入电化学工作站中检测电流信号，其中二氧化铈-金纳米复合材料催化过氧化氢与邻苯二胺反应，得到最强的电流信号，当所述重金属离子特异性反应酶受重金属离子激活，催化其相应的重金属离子探针链断裂，二氧化铈-金纳米复合材料从工作电极表面脱落会导致电流信号降低，实现重金属离子的检测。
[0010]进一步的，所述检测单元中的工作电极池、对电极池和参比电极池导通的液体范围为36-70μL。
[0011]进一步的，所述重金属离子特异性反应酶为铅离子反应酶链或锌离子反应酶链或铜离子反应酶链或镉离子酶链或镁离子酶链的任一种，对应的探针链为铅离子探针链或锌离子探针链或铜离子探针链或镉离子探针链或镁离子探针链中的一种。
[0012]有益效果
[0013]1.本申请将微流控芯片引入至电化学传感器，使其具有小型化、集成化和便于携带的优势，满足了在广大偏远农村对污染防控和疾病诊断的应用需求；
[0014]2.本申请采用玻璃作为基底材料，相较于硅材料和纸基材料，具有不易破损，检测精准、稳定性好的优势；
[0015]3.本申请的PDMS层的凹槽设计有效的规避了光刻等复杂的芯片加工工艺，降低芯片的制作成本，简化制作工艺，缩短制备时间；
[0016]4.本申请利用PDMS层划分出多组检测单元，可实现多组样品的检测，提高了芯片的利用效率，极大程度上降低使用成本，有利于玻璃基微流控芯片的推广应用；
[0017]5.本申请利用二氧化铈-金纳米复合材料做负载标签，二氧化铈是一种介孔材料，具有较大的比表面面积和良好的催化性能，金颗粒的负载使材料的催化效率得到进一步提高，从而提高微流控电化学传感芯片的稳定性、灵敏性和检测结果的精准性。
附图说明
[0018]图1为本申请所述的掩膜版结构示意图；
[0019]图2为本申请所述的金纳米导电层结构示意图；
[0020]图3为本申请所述的金纳米导电层的扫描电子显微镜图像；
[0021]图4为本申请所述的PDMS结构俯视图；
[0022]图5为本申请所述的电化学微流控传感芯片结构俯视图；
[0023]图6为本申请所述的电化学微流控传感芯片结构主视图；
1.5mL 1％牛血清白蛋白中在4℃下搅拌4h，再分散于2mL的金纳米颗粒中孵化8-14h，随后在8000-16000rpm下离心，用去离子水清洗，即得到二氧化铈-金纳米复合材料。
[0059]所述的二氧化铈-金纳米复合材料标记的重金属离子探针链的具体合成步骤为：将4-8μL 5μM探针链和100-200μL的二氧化铈-金纳米材料加入缓冲溶液中分散均匀，在磁搅拌下孵化反应10-18h，将所得复合物离心再分散，以去除游离的探针链，随后存储在4℃以供进一步使用。缓冲溶液包括PBS缓冲溶液、醋酸缓冲溶液和Tris-HCl缓冲溶液。
[0060]一种电化学微流控传感芯片的重金属离子检测方法，以检测铅离子为例，包括以下步骤，
[0061]p1.取10-30μL含一定浓度铅离子的Tris-HCl溶液加入到金电极表面，在 37℃下孵化，用10mM 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重金属离子检测电化学微流控传感芯片，其特征在于，包括基底层和PDMS层，所述PDMS层是通过物理吸附固定在基底层上方，并规划出多个对称分布的检测单元；每个检测单元包括重金属离子特异性反应酶/巯基己醇/二氧化铈-金纳米复合材料标记的重金属离子探针链和具有导电层的工作电极、参比电极、对电极、工作电极池、对电极池、参比电极池和微流道槽；其中对电极池和参比电极池分别处于工作电极池两侧，并通过微流道槽进行连通，对电极和参比电极分别插入对电极池和参比电极池中。2.根据权利要求1所述的一种重金属离子检测电化学微流控传感芯片，其特征在于，所述导电层为金纳米导电层，所述金纳米导电层长度为6-16mm，宽度为2-6mm。3.根据权利要求2所述的一种重金属离子检测电化学微流控传感芯片，其特征在于，所述重金属离子特异性反应酶/巯基己醇/二氧化铈-金纳米复合材料标记的重金属离子探针链为重金属离子特异性反应酶和巯基己醇分别通过金-硫键固定在金纳米导电层上；二氧化铈-金纳米复合材料通过重金属离子探针链和重金属离子特异性反应酶互补配对的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩琳，黄煜真，张宇，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：