一种便携式多路检测电化学传感系统及其应用技术方案

本发明专利技术公开了一种便携式多路检测电化学传感系统及其应用，该系统包括柔性传感芯片、芯片插槽、计时控制模块、电化学工作站和信号读取模块；所述柔性传感芯片安装于芯片插槽内，所述芯片插槽通过计时控制模块连接电化学工作站；所述电化学工作站产生的电信号通过信号读取模块进行读取；所述柔性传感芯片包括聚酰亚胺衬底和键合于其上的PDMS层，所述衬底上通过激光诱导聚酰亚胺形成石墨烯电极层，石墨烯电极层包括一个条形参比电极、一个条形对电极和多个工作电极。本发明专利技术所公开的便携式多路检测电化学传感系统具有设备简单、便于携带、操作快速、性质稳定、成本低和灵敏度高。成本低和灵敏度高。成本低和灵敏度高。

A portable multi-channel detection electrochemical sensor system and its application

【技术实现步骤摘要】
一种便携式多路检测电化学传感系统及其应用


[0001]本专利技术属于电化学传感
，特别涉及一种便携式多路检测电化学传感系统及其应用。

技术介绍

[0002]伴随着食品和环境监测及生物医疗检测的需求日益增长，开发一种便携式多路检测超灵敏传感芯片用于多元目标物的原位检测是必要和迫切的现实问题。为了突破现有传感方法设备巨大、成本高昂，检测时间长、不利于携带等瓶颈问题，便携式电子传感设备以其在小型化和集成化方面具有高度的先进性等优势被提出。便携式电子设备主要由检测元件和显示元件所构成，其通俗来讲是将微型传感器与智能电子设备相结合，操作简单，无需长时间等待，其主要研究热点和方向在于微型的传感器。电化学传感器由于操作简单、快速、灵敏度高常用于传感检测，且其电极体系可以在不降低其器件性能的情况下进行编辑，完全贴合便携设备的需求。
[0003]微型电极作为电化学传感器的核心部件之一，其材料能够显著影响电化学反应的动力学和热力学以及电子转移，这对设备功能至关重要。聚苯胺和金属有机框架等传统微电极的导电性和机械稳定性较差。目前，一些报道的具有良好导电性和负载能力的微电极受到复杂的制造工艺和图案化策略或活性材料的非环境友好合成的限制，从而严重限制了其进一步应用。聚酰亚胺碳化的激光诱导石墨烯是一种泡沫状三维多孔碳基材料，由于其简单的可加工性(无掩模)、巨大的活性表面积、良好的成本效益、高导电性和电催化活性，被认为是理想的电极材料。提高灵敏度除了采用高性能电极材料作为传感平台外，设计合适的信号放大策略也至关重要。受树枝编织的鸟巢的启发，提出了一种通过螯合作用自组装的网状纳米框架结构，它不仅可以完全识别和捕获目标分析物，而且可以最大限度地固定信号探针，而无需复杂的处理过程和昂贵的设备，便于现场离子检测。此外，离子特异性DNA酶和功能材料增强信号放大技术的集成也是提高离子传感灵敏度和选择性的有效策略。
[0004]此外，同时完成多元检测是目前的研究热点问题和待解决的难题，也是食品和环境检测及生物医疗检测领域亟需的技术和产品，同一样本可同时实现多种物质的检测，不但可以降低取样量，而且可以提高效率，降低检测时间和成本。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种便携式多路检测电化学传感系统及其应用，以达到设备简单、便于携带、操作快速、性质稳定、成本低和灵敏度高的目的。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种便携式多路检测电化学传感系统，包括柔性传感芯片、芯片插槽、计时控制模块、电化学工作站和信号读取模块；所述柔性传感芯片安装于芯片插槽内，所述芯片插槽通过计时控制模块连接电化学工作站；所述电化学工作站产生的电信号通过信号读取模块进
行读取；所述柔性传感芯片包括聚酰亚胺衬底和键合于其上的PDMS层，所述衬底上通过激光诱导聚酰亚胺形成石墨烯电极层，石墨烯电极层包括一个条形参比电极、一个条形对电极和多个工作电极，所述工作电极表面依次修饰有纳米贵金属层和传感层，所述PDMS层上与工作电极对应的位置一一开设通孔，所述参比电极和对电极经过每个通孔，在通孔处形成一个传感单元；所述参比电极、对电极和工作电极分别通过激光诱导形成引线引出至衬底边缘一侧，用于和芯片插槽连接。
[0008]上述方案中，所述对电极位于工作电极和参比电极之间，且所述对电极与参比电极平行。
[0009]上述方案中，所述纳米贵金属层包括金、钯和铂中的一种或多种，其制备方法为种子生长法、电沉积法、化学还原法、水热法和电子束蒸发中的任一种。
[0010]上述方案中，所述传感层是依据目标检测物质进行设计的，通过修饰纳米材料、DNA链及其复合物，对目标检测物质的浓度信号进行捕获、放大和转换，成为易读取的电信号，进而可以进行后续的数据分析，完成相应的目标检测物质的传感检测。
[0011]上述方案中，所述芯片插槽内设置于参比电极、对电极和工作电极分别接触的多个弹簧触片。
[0012]上述方案中，所述计时控制模块由一个计时器和一个被计时器控制的多路开关构成，所述多路开关连接电化学工作站的电路板前端接口，通过调控计时器，在不同时段控制多路开关接通不同的弹簧触片。
[0013]上述方案中，所述信号读取模块包括台式机、ipad、智能手机、便携式笔记本中的任一种或几种，所述信号读取模块与电化学工作站通过蓝牙或数据线进行数据传输。
[0014]上述方案中，所述柔性传感芯片的制作步骤如下：
[0015]S1.将聚亚酰胺衬底清洗后干燥；
[0016]S2.利用CO2红外激光雕刻机，在聚亚酰胺衬底表面激光雕刻石墨烯电极，石墨烯电极包括多个圆形的工作电极、一个条形的对电极和一个条形的参比电极；各电极通过激光诱导石墨烯引出1mm宽的引线至聚亚酰胺衬底边缘一侧，用于和芯片插槽相连接；
[0017]S3.将PDMS单体与固化剂组成的脱气混合物沉积在未装饰硅模具上，在60
‑
90℃的烘箱中固化1
‑
3小时，冷却后将PDMS层从模具中取出，用激光雕刻机切割通孔，并将PDMS层与衬底键合，通孔与工作电极一一对应，且参比电极和对电极均穿过通孔，形成开放式的柔性传感芯片；
[0018]S4.在键合后的柔性传感芯片的工作电极表面修饰纳米贵金属层；
[0019]S5.在工作电极表面根据目标检测物质的传感需求进行传感层的修饰。
[0020]一种便携式多路检测电化学传感系统的应用，包括如下步骤：
[0021]P1.调控电化学工作站的多路复用器命令，依次输入各传感单元对应的检测时间段的检测模式；
[0022]P2.调控计时控制模块，输入各检测时间段内多路开关接通的工作电极位置；
[0023]P3.将已知浓度的检测样品依次加入柔性传感芯片的各传感单元内，并加入相应的检测液后，开始进行标定检测，电化学工作站产生的电信号通过蓝牙或数据线传输给信号读取模块，保存数据后，通过对确定浓度的电信号值汇总处理，计算检测样品浓度与电信号强度之间的关系，绘制标准曲线；
[0024]P4.将未知浓度的待检测样品加入柔性传感芯片上未使用的传感单元内，通过信号读取模块读取电信号，依据标准曲线，即可得到待测目标物质的浓度值，完成传感检测。
[0025]通过上述技术方案，本专利技术提供的一种便携式多路检测电化学传感系统及其应用具有如下有益效果：
[0026]1、本专利技术采用计时控制模块调控电化学工作站，实现工作电极在特定时间功能的转换，可实现对多元分子或离子同时检测，且互不干扰。
[0027]2、本专利技术利用纳米贵金属层优化激光诱导石墨烯三电极体系，使其具有较高的电子传递能力和负载能力，有效提高灵敏度。
[0028]3、本专利技术采用柔性聚酰亚胺作为衬底，使其具有便于弯折、携带等优势，可以附着在弯曲面上进行使用，相较于传统柔性材料如碳布、纸等，具有不易破损、不受环境湿度等影响的优势。
[0029]4、本专利技术利用激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携式多路检测电化学传感系统，其特征在于，包括柔性传感芯片、芯片插槽、计时控制模块、电化学工作站和信号读取模块；所述柔性传感芯片安装于芯片插槽内，所述芯片插槽通过计时控制模块连接电化学工作站；所述电化学工作站产生的电信号通过信号读取模块进行读取；所述柔性传感芯片包括聚酰亚胺衬底和键合于其上的PDMS层，所述衬底上通过激光诱导聚酰亚胺形成石墨烯电极层，石墨烯电极层包括一个条形参比电极、一个条形对电极和多个工作电极，所述工作电极表面依次修饰有纳米贵金属层和传感层，所述PDMS层上与工作电极对应的位置一一开设通孔，所述参比电极和对电极经过每个通孔，在通孔处形成一个传感单元；所述参比电极、对电极和工作电极分别通过激光诱导形成引线引出至衬底边缘一侧，用于和芯片插槽连接。2.根据权利要求1所述的一种便携式多路检测电化学传感系统，其特征在于，所述对电极位于工作电极和参比电极之间，且所述对电极与参比电极平行。3.根据权利要求1所述的一种便携式多路检测电化学传感系统，其特征在于，所述纳米贵金属层包括金、钯和铂中的一种或多种，其制备方法为种子生长法、电沉积法、化学还原法、水热法和电子束蒸发中的任一种。4.根据权利要求1所述的一种便携式多路检测电化学传感系统，其特征在于，所述传感层是依据目标检测物质进行设计的，通过修饰纳米材料、DNA链及其复合物，对目标检测物质的浓度信号进行捕获、放大和转换，成为易读取的电信号，进而可以进行后续的数据分析，完成相应的目标检测物质的传感检测。5.根据权利要求1所述的一种便携式多路检测电化学传感系统，其特征在于，所述芯片插槽内设置于参比电极、对电极和工作电极分别接触的多个弹簧触片。6.根据权利要求5所述的一种便携式多路检测电化学传感系统，其特征在于，所述计时控制模块由一个计时器和一个被计时器控制的多路开关构成，所述多路开关连接电化学工作站的电路板前端接口，通过调控计时器，在不同时段控制多路开关接通不同的弹簧触片。7.根据权利要求1所述的一种便携式多路检...

【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：发明
国别省市：