一种用于检测DNA片段的自供能传感装置与检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于检测DNA片段的自供能传感装置与检测方法，自供能传感器包括自供能传感平台和电容放大模块，其中自供能传感平台由石英反应池、光阳极、光阴极、模拟太阳光光源、电化学工作站、电解质溶液构成；电容放大模块通过导线、开关与自供能传感平台之间并联且形成回路；在光源的照射下，光阳极产生的电子通过外部电路迁移到光阴极，过程中会产生微小的瞬间短路电流；调节电容放大模块上的开关，使装置经过“充放电状态”后，会产生很大的瞬间短路电流。本发明专利技术通过电容模块策略来进一步放大瞬间短路电流，能够提高检测的灵敏度，并提出了一种瞬间短路电流的读取方法，同时能够提供一种DNA片段检测的新方法。供一种DNA片段检测的新方法。供一种DNA片段检测的新方法。

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测DNA片段的自供能传感装置与检测方法


[0001]本专利技术涉及传感检测技术和光催化燃料电池领域，提供一种用于检测DNA片段的自供能传感装置与检测方法。

技术介绍

[0002]随着科技生活的不断发展，大量的DNA片段因简单、稳定、便利等优点被广泛应用于科研实验，但同时也带来大量的问题，例如，用完的DNA片段难以被环境降解，流入河流中，将带来水资源的污染；有时人类大肆地滥用DNA片段会增加残留量，并导致抗性增强，不但会污染环境，而且也给人类的生命健康带来极大的威胁。因此，检测水资源中的DNA片段具有重大的意义。
[0003]在传统意义上，检测DNA片段的方法有：液相色谱法、分光光度法、比色法以及免疫分析法等。但是，传统上检测DNA片段的方法大多数具有样品前处理繁琐、检测时间长、成本高等缺点，传统意义上的检测方法已经不能够满足现代检测的快速、简便、环保等特点。因此，开发高灵敏度、低成本的DNA片段检测技术具有重大深远的意义。
[0004]近年来，自供能传感技术因具有较高的灵敏度、选择性和重复性好等特点而被应用于各个领域。自供能传感器不需要传统的电池或外部电源，主要是通过光电转化的方式收集环境中的太阳光能量，依靠光阳极的催化氧化和阴极还原反应的协同作用，来实现传感用电的自供。但自供能传感技术也存在一定的瓶颈，例如，电信号输出方式单一、电信号输出小、应用领域的局限等。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种用于检测DNA片段的自供能传感装置与检测方法，目的在于提供一种性能优异的自供能传感器平台，并通过电容信号放大的方式来检测DNA片段。且本自供能传感装置采用光催化燃料电池技术，精心设计和筛选后，采用ZnIn2S4作为光阳极，Cu2O作为光阴极，并通过电容放大模块来构建双光电极驱动的光燃料电池系统发展新型自供能传感平台，为解决自供能传感器的输出电信号的灵敏度不高、成本较高、能量效率低等实际问题提供思路，使该传感器平台在水体环境中检出DNA片段具有广泛的应用前景。
[0006]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种检测DNA片段的自供能传感器，包括：
[0008]自供能传感平台，所述自供能传感平台包括石英反应池、光阳极、光阴极、模拟太阳光光源、电解质溶液、电化学工作站，所述光阳极、光阴极、电解质溶液设置于石英反应池内，；所述光阳极选用ZnIn2S4修饰的掺杂氟的SnO2透明导电玻璃电极，所述光阴极选用Cu2O修饰的掺杂氟的SnO2透明导电玻璃电极；
[0009]电容放大模块，所述电容放大模块通过导线、开关与自供能传感平台之间并联且形成回路；
[0010]进一步，在自供能传感器检测前，需要将待检测的DNA片段溶液滴加入装有电解质溶液的石英反应池中，然后再进行检测DNA片段溶液的输出电性能。
[0011]进一步，自供能传感器检测的方法为：先将电容放大模块与自供能传感平台接通，使电容放大模块并处于“充电状态”；再断开电容放大模块与自供能传感平台的连接，将电容放大模块与电化学工作站连通形成回路，使电容放大模块处于“放电状态”，检测放电时输出电性能。
[0012]进一步，所述光阳极选用ZnIn2S4修饰的掺杂氟的SnO2透明导电玻璃电极。
[0013]进一步，制备光阳极的方法：
[0014]预处理FTO导电玻璃，将预处理后的FTO导电玻璃垂直放置在特氟龙内衬不锈钢高压釜中，并在高压釜中加入0.4～0.5mmol的ZnSO4·
7H2O、0.8～1.0mmol的InCl3·
4H2O、1.6～2.0mmol的C2H5NS(TAA)和15～20mL蒸馏水，搅拌30min；然后，将高压釜密封，在160～200℃下保持12h，并自然冷却至室温；最后观察到FTO玻璃基底上沉积了一层黄色薄膜，完成光阳极制备。
[0015]进一步，所述光阴极选用Cu2O修饰的掺杂氟的SnO2透明导电玻璃电极。
[0016]进一步，制备光阴极的方法：
[0017]预处理FTO导电玻璃，以FTO导电玻璃为工作电极，Pt为对电极，饱和Ag/AgCl为参考电极的三电极系统进行电沉积；电解液由0.1～0.2M的CuSO4和1.4～2.8M的乳酸钠组成，其中添加4M的NaOH调整pH值为9，反应温度固定在60℃，电化学沉积后，用去离子水反复清洗3次，然后在400～500℃中退火2h；最后观察到FTO玻璃基底上沉积了一层红褐色薄膜，完成光阴极制备。
[0018]进一步，所述光阳极和光阴极利用支架固定安装在石英反应池内，且光阳极和光阴极均浸入电解质溶液；
[0019]进一步，所述光阳极和光阴极要求相互平行放置。
[0020]一种基于自供能传感器的DNA片段检测方法，包括如下步骤：
[0021]S1，制备多种已知浓度的DNA片段溶液；
[0022]S2，基于上述搭建的检测DNA片段的自供能传感器，分别对S1中制备的每种已知浓度的DNA片段溶液进行检测，获得每种浓度DNA片段溶液对应的输出电性能；
[0023]S3，建立每种浓度DNA片段溶液对应的输出电性能与该DNA片段溶液浓度之间的对应线性关系，从而确定该检测方法的标准曲线；
[0024]S4，利用上述搭建的检测DNA片段的自供能传感器对未知浓度的DNA片段溶液进行检测，得到未知浓度的DNA片段溶液的输出电性能；再根据S3中建立的输出电性能与DNA片段溶液浓度之间的对应线性关系，得到未知浓度的DNA片段溶液的浓度。
[0025]本专利技术的有益效果：
[0026](1)本专利技术首次选用ZnIn2S4修饰的掺杂氟的SnO2透明导电玻璃电极和Cu2O修饰的掺杂氟的SnO2透明导电玻璃电极作为双光电极，提供了一种性能优异的初始自供能平台，本自供能传感器性能最佳时的开路电压可高达到0.92V，最大瞬间短路电流达到80.80μA，为后续潜在应用场景提供基础。此外，与现有单光电极采用贵金属Pt等作为光阴极相比，本申请选用的双光电极成本更低，还能保证较好的能量效率；
[0027](2)本专利技术通过电容模块策略来进一步放大瞬间短路电流，放大倍数约5～6倍，能
够提高检测的灵敏度；
[0028](3)本专利技术提出了一种新的瞬间短路电流的电信号输出方式来表现自供能传感器的性能，拓展了电信号的输出方式；
[0029](4)本专利技术首次将自供能传感装置用于检测DNA片段，拓展了自供能传感器的应用领域，检测结果具有较宽的检出范围(2
×
10
‑
12
～4
×
10
‑9mol/L)以及较低的检出限6.6
×
10
‑
13
mol/L。
附图说明
[0030]图1为实施例1中自供能DNA片段传感器的结构示意图；
[0031]图2为实施例1中自供能传感器有无DNA片段的检测示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种检测DNA片段的自供能传感器，其特征在于，包括：自供能传感平台，所述自供能传感平台包括石英反应池、光阳极(1)、光阴极(2)、模拟太阳光光源(3)、电解质溶液、电化学工作站(5)；所述光阳极(1)、光阴极(2)、电解质溶液设置于石英反应池内；电容放大模块(4)，所述电容放大模块(4)通过导线、开关与自供能传感平台之间进行并联。2.根据权利要求1所述的一种检测DNA片段的自供能传感器，其特征在于，在自供能传感器检测前，需要将待检测的DNA片段溶液加入装有电解质溶液的石英反应池中，然后再进行检测DNA片段溶液的输出电性能。3.根据权利要求1所述的一种检测DNA片段的自供能传感器，其特征在于，自供能传感器检测的方法为：先将电容放大模块(4)与自供能传感平台接通，使电容放大模块(4)并处于“充电状态”；再断开电容放大模块(4)与自供能传感平台的连接，将电容放大模块(4)与电化学工作站(5)连通形成回路，使电容放大模块(4)处于“放电状态”，检测放电时输出电性能。4.根据权利要求1、2或3所述的一种检测DNA片段的自供能传感器，其特征在于，所述光阳极(1)选用ZnIn2S4修饰的掺杂氟的SnO2透明导电玻璃电极。5.根据权利要求4所述的一种检测DNA片段的自供能传感器，其特征在于，制备光阳极(1)的方法：预处理FTO导电玻璃，将预处理后的FTO导电玻璃垂直放置在特氟龙内衬不锈钢高压釜中，并在高压釜中加入0.4～0.5mmol的ZnSO4·
7H2O、0.8～1.0mmol的InCl3·
4H2O、1.6～2.0mmol的C2H5NS(TAA)和15～20mL蒸馏水，搅拌30min；然后，将高压釜密封，在160～200℃下保持12h，并自然冷却至室温；最后观察到FTO玻璃基底上沉积了一层黄色薄膜，完成光阳极制备。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙俊，朱镕权，杜晓娇，季星宇，钟毓昊，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：