一种微电极集成传感芯片及其在水质有机污染物快速检测中的应用制造技术

本发明专利技术提供了一种微电极集成传感芯片及其在水质有机污染物快速检测中的应用。本发明专利技术将多个微电极集成在传感芯片电极基板的同一检测区域，与电极基板背面的电极触点导通相连，并通过在微电极表面修饰纳米多孔金属修饰层实现电化学无酶检测和三电极体系电极触点导通实现了一次性同时检测多个指标的目的，并在微电极周围设置微型围坝避免检测溶液溢出检测范围造成干扰。传感芯片可用于水质有机污染物快速检测。

【技术实现步骤摘要】
一种微电极集成传感芯片及其在水质有机污染物快速检测中的应用
本专利技术属于电化学检测领域，具体涉及一种微电极集成传感芯片及其在水质有机污染物快速检测中的应用。
技术介绍
水质安全是国家关注的重中之重，水环境安全是保证饮用水安全的根本，其中有机物污染是水质分析中无法避免的问题。水中有机污染物的浓度很低，例行的水质分析不易检出。目前用于水中有机污染物检测的方法有：气相色谱法、气相色谱-质谱联用法、气相色谱与傅里叶变换红外光谱联用法、高效液相色谱法、液相色谱-气相色谱联用法等。然而以上分析方法存在测试所需时间较长、响应不及时、测试时需要使用试剂造成二次污染等问题。即时检测拥有快速、便捷、节约成本等特点，具体表现为即时得到检测结果，单体检验成本降低，满足在最短时间内得到准确检验结果的要求，在生物医疗和环境监测等领域中逐渐得到广泛应用。目前最新型的即时检测化学传感仪器产品可实现多个样本同时进行检测，大幅节省检测时间，同时使得即时检测更为快捷。即时检测器件多采用生物传感器来实现，通过将生物酶分子固定于微型分析器件的固相界面，特异性识别分析物后采用电化学或光学方法进行检测，并立即给出读数。将电化学检测方法应用于水质检测，具有实现一次性同时检测多个物质指标的目的，同时避免使用生物活性酶，克服酶易失活的问题，具有稳定性好，成本低，简单，重现性好的优点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种微电极集成传感芯片及其在水质有机污染物快速检测中的应用。本专利技术的目的是提供一种微电极集成传感芯片，传感芯片正面设置有检测区域，背面设置有电极触点区域；检测区域设置有多个微电极模组，微电极模组集成有多个微电极，具体以对电极为中心，周围分布有多个工作电极和参比电极，其中微电极模组中的工作电极和对电极间的距离为0.20～0.25mm，相邻工作电极间距为1.0～1.5mm电极触点区域集成有多个电极触点，电极触点与微电极数量相同，微电极和电极触点对应导通相连。检测区域位于传感芯片下端，电极触点区域位于传感芯片上端，检测区域和电极触点区域不重叠。微电极中的工作电极包括电极层和修饰层，其中电极层包括电极基底、导电内层和反应层，修饰层为纳米多孔金属修饰层。工作电极电极层的电极基底为Cu层，导电内层为Ni层，反应层为Au层；其中Cu层厚度为10.0～15.0μm，Ni层厚度为2.0～5.0μm，Au层厚度为0.05～0.10μm。工作电极修饰层包括纳米多孔金层和纳米修饰层，其中纳米多孔金属层包括纳米多孔金、纳米多孔银、纳米多孔铜；纳米修饰层包括金属氧化物、金属、合金、聚合物、碳材料。其中纳米修饰层可以为在纳米多孔金属表面修饰的金属氧化物，如氧化铈；金属，如钯粒子和稀土元素；合金，如钴硫合金、钴磷合金；碳材料如石墨烯等。在工作电极表面修饰了纳米多孔金层的前提下，修饰纳米修饰层，进一步提升电极灵敏度和准确性，同时不需要对待测液体进行前处理，可快速得到检测结果。参比电极表面修饰银-氯化银或多孔银-氯化银，对电极表面修饰铂。微电极外围设有围坝，构成微型电解池结构。围坝可使用油墨或硅胶等高分子聚合材料涂覆构成，可限制检测溶液、缓冲液等停留于微电极检测区域的体积量，防止溢出等情况产生，避免了多个微电极集成在同一检测区域产生的相互干扰情况，保证了电极检测的稳定性。在电极触点施加不同电位，实现电极触点对应导通的微电极检测不同物质。如附图1和附图2所示，分别为本专利技术提供的微电极集成传感芯片的正面和背面示意图。从图中可看出，传感芯片正面设置有检测区域，并在检测区域集成有多个微电极，包括分组排布的工作电极、对电极和参比电极，其中多个工作电极可共用同一个对电极，并与一个参比电极构成一条检测通路，用于特定水质污染物的检测。微电极模组可根据就近原则共用一个参比电极，可以有效减少微电极数量，节省传感芯片空间。对电极为类似缺角矩形的形状，大幅缩小了与圆形工作电极之间的距离，有效消除了浓差极化，提高了电极检测的灵敏度和稳定性。传感芯片背面设置有电极触点区域，并在电极触点区域集成有多个电极触点，电极触点数量与微电极相同，并按照特定顺序与微电极一一对应。为了避免影响传感芯片板材内部信号传递，触点区域和检测区域在空间上并不重合，分别位于传感芯片板材的上端和下端。将本专利技术的微电极集成传感芯片与微流控装置集成，即可制得传感芯片检测卡，可与对应仪器配合使用。微流控通道按照特定顺序经过工作电极，避免产生交叉感染，影响检测结果。采用SEM电镜扫描观察本专利技术制备的微电极。如附图5所示，为本专利技术提供的微电极表面修饰纳米多孔金的SEM图。从图中可看出，纳米多孔金修饰层由连续且完整的纳米孔结构构成，修饰层均匀分布在电极表面，增加电极反应位点和比表面积，增强电极灵敏度和准确性。如附图6所示，为本专利技术提供的微电极纳米多孔金表面修饰氧化铈纳米修饰层的SEM图。从图中可看出，连续的纳米多孔金孔洞结构与氧化铈纳米修饰层相结合，形成均匀分布的微电极修饰层，有利于电极和电解液的充分接触，大幅提高电极的氧化还原反应速度。本专利技术的另一目的是提供一种微电极集成传感芯片的应用，具体可用于多参数电化学水质检测。不需要在检测前进行前处理步骤。微电极集成传感芯片可用于一次性同时检测多种物质，具体为水中污染物的多参数快速检测，包括有机污染物醋氨酚、叔丁基对苯酚、4-乙酰基吡啶、对苯二酚、邻苯二酚。传感芯片检测有机污染物的检测时间小于5min。采用循环伏安扫描、计时电流检测等方法对本专利技术制备的微电极进行响应性能测试。如附图7所示，为本专利技术制备的微电极集成传感芯片检测不同浓度(2～1000μM)叔丁基对苯酚的(a)DPV响应图和(b)电流-浓度拟合图。从图中可看出，随着叔丁基对苯酚的浓度增加，其特征峰电流逐渐增大，其拟合曲线呈良好的线性关系，说明本专利技术制备的微电极集成传感芯片对叔丁基对苯酚具有良好的响应性能，具有无酶检测叔丁基对苯酚的电化学性能。如附图8所示，为本专利技术制备的微电极集成传感芯片检测叔丁基对苯酚的(a)抗干扰测试的计时电流响应图和(b)抗干扰测试统计图。从图中可看出，如图8(a)所示，在溶液中分别添加10μM的Na+、Mg2+、Cl-、K+、Ca2+、Zn2+、NH4+、CO32-、NO3-、SO42-、gluose后，响应电流并无明显波动；如图8(b)所示，加入高浓度干扰物引起的最大变化电流小于响应电流的10％，说明表明本专利技术制备的微电极集成传感芯片对叔丁基对苯酚具有优秀的选择性和抗干扰性。如附图9所示，为本专利技术制备的微电极集成传感芯片检测不同浓度(0.1～800μM)醋氨酚的(a)DPV响应图和(b)电流-浓度拟合图。从图中可看出，随着醋氨酚的浓度增加，其特征峰电流逐渐增大，其拟合曲线呈良好的线性关系，说明本专利技术制备的微电极集成传感芯片对醋氨酚具有良好的响应性能，具有无酶检测醋氨酚的电化学性能。本专利技术制备的微电极集成传感芯片无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微电极集成传感芯片，其特征在于，所述传感芯片正面设置有检测区域，背面设置有电极触点区域；所述检测区域设置有多个微电极模组，所述微电极模组集成有多个微电极，具体以对电极为中心，周围分布有多个工作电极和参比电极，其中所述微电极模组中的所述工作电极和所述对电极间的距离为0.20～0.25mm，相邻所述工作电极间距为1.0～1.5mm 。/n

【技术特征摘要】
1.一种微电极集成传感芯片，其特征在于，所述传感芯片正面设置有检测区域，背面设置有电极触点区域；所述检测区域设置有多个微电极模组，所述微电极模组集成有多个微电极，具体以对电极为中心，周围分布有多个工作电极和参比电极，其中所述微电极模组中的所述工作电极和所述对电极间的距离为0.20～0.25mm，相邻所述工作电极间距为1.0～1.5mm。


2.根据权利要求1所述的微电极集成传感芯片，其特征在于，所述电极触点区域集成有多个电极触点，所述电极触点与所述微电极数量相同，所述微电极和所述电极触点对应导通相连。


3.据权利要求1所述的微电极集成传感芯片，其特征在于，所述检测区域位于所述传感芯片下端，所述电极触点区域位于所述传感芯片上端，所述检测区域和所述电极触点区域不重叠。


4.根据权利要求1所述的微电极集成传感芯片，其特征在于，所述工作电极包括电极层和修饰层，其中所述电极层包括电极基底、导电内层和反应层，所述修饰层为纳米多孔金属修饰层；其中所述电极基底为Cu层，所述导电内层为Ni层，所述反应层为Au层；其中所述Cu层厚度为10.0～15.0μm，所述Ni层厚度为2.0～5.0μm，所述Au层厚度为0.05～0.10μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚亚男，胡保帅，崔皓博，
申请(专利权)人：广州钰芯传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44