一种低检测限电化学成像的离子选择性响应膜、检测方法及其应用技术

本申请公开一种低检测限电化学成像的离子选择性响应膜、检测方法及其应用。低检测限电化学成像的离子选择性响应膜，包括离子载体、离子交换剂、高分子聚合物和增塑剂。离子选择性膜的响应通过SICM在纳米尺度上进行电化学成像，检测限低至皮摩尔。当膜暴露于低浓度离子时，膜中离子交换剂中的钠离子被排除在膜外。当离子浓度较低时，这些被排除在膜外的少量钠离子应吸附在膜

【技术实现步骤摘要】
一种低检测限电化学成像的离子选择性响应膜、检测方法及其应用


[0001]本申请涉及电化学检测领域，具体涉及一种离子选择性响应的电化学成像的膜、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]离子是参与许多生理和环境过程的重要物种之一。离子浓度的量化对于理解相关过程具有重要意义。离子选择性电极(ISE)是一种强大的工具，可利用离子选择性膜上的离子交换来测量离子。特别是，目标离子选择性地与膜内的离子载体结合，从而排除反离子以保持膜内的电中性。膜和膜附近的扩散双层(DDL diffuse double layer)中目标离子的浓度差会在膜
‑
溶液相界处引起电位降，通过电位电压计读取以量化离子。尽管这些ISE对各种离子表现出良好的响应，但检测限通常为纳摩尔级。许多策略已经实现了检测限的提高，但是，很少报道对离子的皮摩尔级别的浓度分析。更重要的是，这些反应来自缺乏空间信息的整个膜。追求以低检测限收集离子选择性膜上的空间响应。
[0003]扫描离子导电显微镜(SICM)扫描离子电导显微镜技术(scanning ionconductancemicroscopy,SICM)是在纳米尺度进行非导电的生物样品成像的一种新型扫描探针显微镜(scanning probe microscopy,SPM)技术，为生命科学、物理学以及材料科学的功能化研究提供了一种新型的高分辨率拓扑成像技术。
[0004]当玻璃微探针接近样品表面时,空间距离的减小会限制离子自由流入玻璃微探针,离子电导随之减小,实时监测离子电导的变化并通过负反馈控制来维持流入探针离子电导的恒定,从而控制探针保持恒定距离(非接触地)在样品表面扫过,记录扫描探针的位置即可得到被测样品的三维拓扑形貌。是一种高空间电化学成像工具，可以以低至10nm的分辨率可视化表面的精细结构。它使用玻璃纳米吸管扫描电解质中的表面，其中通过尖端开口的离子电流取决于尖端和样品表面之间的距离(d
sp)
。通过使用离子电流作为反馈信号来保持相同的d
sp
，尖端的行进轨迹遵循表面轮廓，因此地形获得信息。表面电荷的存在可以在DDL中吸附更多的反离子，这会引起移液管内离子流的变化。因此，离子电流被改变，用于对许多表面的电荷成像，包括活细胞和头发。

技术实现思路

[0005]本专利技术申请各示例性实施例提供了一种低检测限电化学成像的离子选择性响应膜、检测方法及其应用。
[0006]一种低检测限电化学成像的离子选择性响应膜，其特征在于，包含离子载体、离子交换剂、高分子聚合物和增塑剂。
[0007]在一实施例中，所述离子载体为：钾离子载体或钙离子载体。
[0008]在一实施例中，所述的离子选择性响应膜，其特征在于，所述离子交换剂为：NaTFPB或 KTFPB.
[0009]本申请还提供一种使用所述的低检测限电化学成像的离子选择性响应膜检测离子浓度的的检测方法，其特征在于，所述步骤为：
[0010]步骤一：制备离子选择性响应膜溶液：称取离子载体、离子交换剂、功能化高分子聚合物PVC和增塑剂DOS制备混合物，将所述混合物溶解于四氢呋喃溶剂中，得到制备离子选择性响应膜溶液，其中，所述功能化高分子聚合物PVC和所述增塑剂DOS质量比为1：2，所述离子载体以总质量计为2
‑
30mmol/Kg，所述离子交换剂以总质量计为1
‑
15mmol/Kg。
[0011]步骤二：制备离子选择性膜，取步骤一中制备的所述离子选择性响应膜溶液，滴加在氧化铟锡(ITO)载玻片上，然后将滴有所述离子选择性响应膜溶液的ITO载玻片置于烘箱中烘干，获得所述离子选择性响应膜；
[0012]步骤三：利用SICM扫描探针对待测溶液中的离子进行检测，将所述离子选择性响应膜置于待测溶液之中；使用激光拉拔器从硼硅酸盐玻璃毛细管中拉出纳米玻璃管，将参比电极1 置于充有所述待测溶液的所述纳米玻璃管中作为扫描探针，将参比电极2置于含有待测溶液的样品池里，所述扫描探针和所述样品池中的所述待测溶液相同且相通；在参比电极1和参比电极2上施加一定的偏压，所述扫描探针接近离子选择性响应膜，监测参比电极1和参比电极2之间电流的变化，收集所述离子选择性响应膜的表观高度，计算出所述待测溶液的浓度。
[0013]在一实施例中，检测方法还包括步骤四：利用SICM对离子选择性响应膜进行成像检测：用SICM扫描测量步骤三中制备的置于待测溶液中的离子选择性响应膜，设置扫描区域，利用反馈电路带动所述扫描探针上下移动，在扫描过程中保持所述扫描探针与样品之间距离的恒定，所述扫描探针的运动轨迹即反映了样品表面的形貌，获得所述离子选择性响应膜的成像。
[0014]在一实施例中，所述步骤二中，取步骤一中制备的离子选择性响应膜溶液1μL。
[0015]在一实施例中，所述步骤二中，所述烘箱温度设置为40℃，烘干时间为30min。
[0016]在一实施例中，所述步骤四中的纳米移液管设置有小于130nm开口。
[0017]在一实施例中，所述步骤四中所述纳米玻璃中中的参比电极1与所述参比电极2之间的偏压设置为0.1至1V，优选0.6V。
[0018]在一实施例中，所述步骤四中扫描区域设置为4
×
4μm2，精度为20
×
20。
[0019]在一实施例中，所述步骤四中SICM扫描成像过程中，设置电流阈值设置为1％，以保证扫描的稳定性。
[0020]在一实施例中，所述步骤四SICM扫描成像纳米移液管以0.1至5nm/s的速度接近离子选择性响应膜表。
[0021]本申请还提供了一种低检测限电化学成像的离子选择性响应膜在检测生物样本中的应用。
[0022]技术效果
[0023]SICM技术是基于离子电流的变化实现检测样品表面的成像检测，扫描探针针尖对离子浓度的变化较为敏感。离子选择性膜在低的离子浓度条件下，膜表面的离子浓度会发生变化，从而引起膜表面离子电流的变化。当SICM扫描探针接近膜表面时，极小的电流变化也会引起探针扫描轨迹的改变，实现超低离子浓度的检测。
[0024]离子选择性膜对特定离子的具有高选择性，同时SICM利用离子电流的变化可以实
现离子的超灵敏的成像检测。
[0025]当膜表面钾离子浓度改变，SICM的扫描探针靠近膜表面时，根据离子交换原理，离子选择性响应膜内钠离子开始迁移，溶液中钾离子进入膜内与钾离子载体结合，为了保持膜内电荷电中性，膜内的钠离子会被置换进入溶液，这样就建立一个可测量的界面电位。界面电位的建立会引起样品表面双电层离子浓度的变化，这样利用离子选择性探针扫描样品表面时，探针所扫描得到的样品形貌也发生变化。
[0026]针对特定离子的选择性响应的离子选择性响应膜的开发已经研究了多年，然而，以低检测限对膜的响应进行成像具有挑战性。使用扫描离子导电显微镜实现了这种低至皮摩尔响应的高空间分辨率电化学成像。检测策略依赖于在溶液中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低检测限电化学成像的离子选择性响应膜，其特征在于，包含离子载体、离子交换剂、高分子聚合物和增塑剂，经混合后烘干成膜。2.根据权利要求1所述的离子选择性响应膜，其特征在于，所述离子载体为：钾离子载体或钙离子载体。3.根据权利要求1所述的离子选择性响应膜，其特征在于，所述离子交换剂为：NaTFPB或KTFPB。4.一种使用权利要求1所述的低检测限电化学成像的离子选择性响应膜检测离子浓度的检测方法，其特征在于，所述步骤为：步骤一：制备离子选择性响应膜溶液：称取离子载体、离子交换剂、功能化高分子聚合物PVC和增塑剂DOS制备混合物，将所述混合物溶解于四氢呋喃溶剂中，得到制备离子选择性响应膜溶液，其中，所述功能化高分子聚合物PVC和所述增塑剂DOS质量比为1：2，所述离子载体以总质量计为2
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30mmol/Kg，所述离子交换剂以总质量计为1
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15mmol/Kg；步骤二：制备离子选择性响应膜，取步骤一中制备的所述离子选择性响应膜溶液，滴加在ITO载玻片上，然后将滴有所述离子选择性响应膜溶液的ITO载玻片置于烘箱中烘干，获得所述离子选择性响应膜；步骤三：利用SICM扫描探针对待测溶液中的离子浓度进行检测，将所述离子选择性响应膜置于待测溶液之中，使用激光拉拔器从硼硅酸盐玻璃毛细管中拉出纳米玻璃管，将参比电极1置于充有所述待测溶液的所述纳米玻璃管中作为扫描探针，将参比电极2置于含有所述待测溶液的样...

【专利技术属性】
技术研发人员：江德鹏，徐玲芳，
申请(专利权)人：重庆医科大学附属第二医院，
类型：发明
国别省市：