带有含限定的界面电位的辅助电极的电化学池及使用它们的方法技术

一种电化学池(100)包含：多个工作电极区(104)，其安置在所述池的表面上且在所述池的表面上限定图案；以及至少一个辅助电极(102)，其安置在所述表面上。所述辅助电极可具有限定的界面电位。的界面电位。的界面电位。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有含限定的界面电位的辅助电极的电化学池及使用它们的方法
[0001]相关事项
[0002]本申请要求2020年8月21日提交的美国临时申请第63/068,981号和2020年11月25日提交的美国临时申请第63/118,463号的优先权，所述申请中的每一个的全部内容并入本文中。


[0003]本文的实施方案涉及在执行化学、生物化学以及生物检定和分析时采用辅助电极的系统、装置和方法，以及辅助电极的制造方法。

技术介绍

[0004]检定为用于定性地评估或定量地测量目标实体(例如，分析物)的存在、量或功能活性的化学、实验室医学、药理学、环境生物学、分子生物学等中的研究(分析)程序。检定系统可使用电化学特性和程序来定性地及定量地评估目标实体。举例来说，检定系统可通过以下来评估目标实体：测量由电化学过程产生的含有目标实体的样本区域中的电位、电流和/或亮度；以及对所测量数据执行各种分析程序(例如，电位测定法、库仑法(coulometry)、伏安法、光学分析等)。
[0005]利用电化学特性和程序的检定系统可包含样本区域(例如，孔、多孔板中的孔等)，其具有一个或多个电极(例如，工作电极、相对电极和参考电极)以用于发起和控制电化学过程和用于测量所得数据。取决于电极的设计和配置，检定系统可分类为所参考以及未参考系统。举例来说，工作电极为检定系统中正发生所关注反应的电极。工作电极与相对电极结合使用以建立样本区域中的电位差、电流和/或电场。电位差可在工作和相对电极处的界面电位之间分离。在未参考系统中，施加到工作电极的界面电位(驱动电极处的反应的力)不受控制或未知。在所参考系统中，样本区域包含参考电极，其与工作和相对电极分隔开。参考电极具有已知电位(例如，还原电位)，其可在样本区域中产生反应期间被参考。
[0006]这些检定系统的一个实例为电化学发光(ECL)免疫检定。ECL免疫检定涉及使用ECL标记的过程，所述ECL标记设计成在电化学刺激时发射光。在电压施加到电极时发生光产生，所述电极位于容纳受测试材料的样本区域中。电压触发循环氧化和还原反应，其引起光产生和发射。在ECL中，负责ECL的电化学反应通过在工作与相对电极之间施加电位差来驱动。
[0007]当前，所参考和未参考检定系统在对目标实体的测量和分析中具有缺点。对于未参考检定系统，界面电位的未知性质导致电化学过程缺乏控制，这可进一步受到检定系统的设计的影响。举例来说，对于ECL免疫检定，在工作电极处施加的界面电位可能受电极面积(工作和/或相对)、溶液的组成和电极的任何表面处理(例如，等离子体处理)影响。先前已通过选择从ECL产生起始之前至ECL产生结束之后逐渐上升电位差来解决这种控制缺乏。对于所参考系统，虽然可能已知且可控制电位，但添加参考电极增大检定系统的成本、复杂
性、大小等。此外，归因于需要容纳额外电极，因此添加参考电极可能限制样本区域中的工作和/或相对电极的设计和放置。另外，所参考和未参考检定系统都可归因于操作系统所需的电压信号而具有缓慢读取时间。归因于制造相对与参考电极，参考系统可具有较高成本。
[0008]常规检定系统、装置和仪器存在这些和其它缺点。因此，需要提供所参考系统的可控制电位，同时降低因参考电极而导致的成本、复杂性和大小的系统、装置和方法。这些缺点由本文中所描述的实施方案解决。

技术实现思路

[0009]本公开的实施方案包含用于包含辅助电极设计的电化学池(electrochemical cell)的系统、装置和方法，以及包含电化学池的电化学分析设备和装置。
[0010]在一个方面，本公开提供一种用于执行电化学分析的电化学池。电化学池包含：多个工作电极区，其安置在池的表面上且在所述表面上限定图案；以及至少一个辅助电极，其安置在表面上。至少一个辅助电极具有受限于其表面的氧化还原对。至少一个辅助电极安置在距多个工作电极区中的至少两个大致相等距离处。
[0011]在另一方面，一种用于执行电化学分析的电化学池。电化学池包含：多个工作电极区，其安置在池的表面上且在所述表面上限定图案；以及至少一个辅助电极，其安置在表面上，所述辅助电极具有受限于其表面的氧化还原对。在氧化还原对的氧化还原反应期间，氧化还原对提供每单位的至少一个辅助电极的表面积的可量化数量的库仑。
[0012]在另一方面，一种用于执行电化学分析的电化学池。电化学池包含：多个工作电极区，其安置在池的表面上且在所述表面上限定图案；以及至少一个辅助电极，其安置在表面上且由包括氧化剂的化学混合物形成。至少一个辅助电极具有受限于其表面的氧化还原对。氧化剂的量足以在氧化还原对的整个氧化还原反应期间维持限定电位。
[0013]在另一方面，一种用于执行电化学分析的电化学池。电化学池包含：多个工作电极区，其安置在池的表面上且在所述表面上限定图案；以及至少一个辅助电极，其安置在表面上。辅助电极具有限定界面电位。
[0014]在另一方面，一种用于执行电化学分析的电化学池。电化学池包含：多个工作电极区，其安置在池的表面上且在所述表面上限定图案；以及至少一个辅助电极，其安置在表面上，所述至少一个辅助电极包括第一物质和第二物质。第二物质为第一物质的氧化还原对。
[0015]在另一方面，一种用于执行电化学分析的电化学池，所述电化学池包含：多个工作电极区，其安置在池的表面上且在所述表面上限定图案；以及至少一个辅助电极，其安置在表面上，所述至少一个辅助电极具有受限于其表面的氧化还原对。当在电化学分析期间所施加电位引入至池中时，氧化还原对中的物种的反应为在辅助电极处发生的主要氧化还原反应。
[0016]在另一实施方案中，提供一种用于执行电化学分析的设备。设备包含：板，其具有限定于其中的多个孔，所述多个孔中的至少一个孔包括：多个工作电极区，其安置在池的表面上且在所述表面上限定图案；以及至少一个辅助电极，其安置在表面上且由包括氧化剂的化学混合物形成，所述至少一个辅助电极具有受限于其表面的氧化还原对，其中氧化剂的量足以在氧化还原对的整个氧化还原反应期间维持限定电位。
[0017]在另一实施方案中，提供一种电化学分析方法。方法包含将电压脉冲施加到位于
多孔板的至少一个孔中的一个或多个工作电极区和至少一个辅助电极，其中：一个或多个工作电极区在至少一个孔的表面上限定图案；至少一个辅助电极安置在表面上且具有受限于其表面的氧化还原对；且氧化还原对至少在施加电压脉冲的时间段期间还原。
[0018]在另一实施方案中，一种用于在孔中执行电化学分析的设备，所述设备包括：多个工作电极区，其安置在调适成形成孔的底部部分的表面上；以及辅助电极，其安置在表面上，所述辅助电极具有由受限于其表面的氧化还原对限定的电位，其中多个工作电极区中的一个安置在距孔的每个侧壁大致相等距离处。
[0019]在另一实施方案中，提供一种用于执行电化学分析的方法。方法包含：将第一电压脉冲施加到设备的孔中的一个或多个工作电极区或相对电极，所述第一电压脉冲使得第一氧化还原反应在孔中发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于执行电化学分析的电化学池，所述电化学池包括：多个工作电极区，其安置在所述池的表面上且在所述表面上限定图案；以及至少一个辅助电极，其安置在所述表面上，所述至少一个辅助电极具有受限于其表面的氧化还原对，其中所述至少一个辅助电极安置在距所述多个工作电极区中的至少两个工作电极区大致相等距离处。2.根据权利要求1所述的电化学池，其中在所述电化学分析期间，所述辅助电极具有由所述氧化还原对限定的电位。3.根据权利要求2所述的电化学池，其中所述电位介于大致0.1伏(V)至大致3.0V范围内。4.根据权利要求3所述的电化学池，其中所述电位为大致0.22V。5.根据权利要求1所述的电化学池，其中对于所述多个工作电极区当中的每个所述工作电极区，所述图案使彼此相邻的工作电极区的数目最小化。6.根据权利要求1所述的电化学池，其中所述图案配置成在旋转摇动的条件下向所述多个工作电极区中的每一个工作电极区提供物质的均匀质量输送。7.根据权利要求1所述的电化学池，其中所述多个工作电极区中的每一个工作电极区限定圆形形状，所述圆形形状具有限定圆形的表面区域。8.根据权利要求7所述的电化学池，其中：所述至少一个辅助电极安置在所述电化学池的大致中心处，所述多个工作电极区包含与所述至少一个辅助电极大致等距间隔开的十个工作电极区，且两个工作电极区在其间具有比其余所述工作电极区更大的间距距离。9.根据权利要求1所述的电化学池，其中所述氧化还原对包括银(Ag)与氯化银(AgCl)的混合物。10.根据权利要求9所述的电化学池，其中Ag与AgCl的所述混合物包括大致50％或更少的AgCl。11.根据权利要求10所述的电化学池，其中所述混合物具有在指定范围内的Ag与AgCl的摩尔比。12.根据权利要求9所述的电化学池，其中在所述电化学分析期间，所述辅助电极具有由所述氧化还原对限定的电位，且其中所述电位为大致0.22伏(V)。13.根据权利要求1所述的电化学池，其中所述电化学分析包括电化学发光ECL分析。14.一种用于执行电化学分析的电化学池，所述电化学池包括：多个工作电极区，其安置在所述池的表面上且在所述表面上限定图案；以及至少一个辅助电极，其安置在所述表面上，所述辅助电极具有限定界面电位。15.根据权利要求14所述的电化学池，其中所述至少一个辅助电极中的氧化剂的量大于或等于穿过所述至少一个辅助电极以完成所述电化学分析所需的电荷的量。16.根据权利要求15所述的电化学池，其中所述至少一个辅助电极具有大致3.07
×
10
‑7至3.97
×
10
‑7摩尔之间的氧化剂。
17.根据权利要求15所述的电化学池，其中所述至少一个辅助电极具有每mm2辅助电极面积大致1.80
×
10
‑7至2.32
×
10
‑7摩尔之间的氧化剂。18.根据权利要求15所述的电化学池，其中所述至少一个辅助电极具有在孔中的每mm2总工作电极面积至少大致3.7
×
10
‑9摩尔的氧化剂。19.根据权利要求14所述的电化学池，其中所述多个工作电极区具有聚合暴露面积，所述至少一个辅助电极具有暴露表面积，且所述多个工作电极区的所述聚合暴露面积除以所述至少一个辅助电极的所述暴露表面积限定值大于1的面积比。20.根据权利要求14所述的电化学池，其中所述至少一个辅助电极包括银(Ag)与氯化银(AgCl)的混合物。21.根据权利要求20所述的电化学池，其中Ag与AgCl的所述混合物包括大致50％或更少的AgCl。22.根据权利要求20所述的电化学池，其中所述混合物具有在指定范围内的Ag与AgCl的摩尔比。23.根据权利要求22所述的电化学池，其中所述摩尔比大致等于或大于1。24.根据权利要求14所述的电化学池，其中所述电化学池为液流池的一部分。25.根据权利要求14所述的电化学池，其中所述电化学池为板的一部分。26.根据权利要求14所述的电化学池，其中所述电化学池为盒的一部分。27.一种用于执行电化学分析的设备，所述设备包括：板，其具有限定于其中的多个孔，所述多个孔中的至少一个孔包括：多个工作电极区，其安置在所述池的表面上且在所述表面上限定图案；以及至少一个辅助电极，其安置在所述表面上且由包括氧化剂的化学混合物形成，所述至少一个辅助电极具有受限于其表面的氧化还原对，其中所述氧化剂的量足以在所述氧化还原对的整个氧化还原反应期间维持限定电位。28.根据权利要求27所述的设备，其中所述氧化还原对在所述氧化还原对的氧化还原反应期间传递大致0.5mA至4.0mA的电流，以在大致1.4V至2.6V的范围内产生电化学发光ECL。29.根据权利要求27所述的设备，其中所述氧化还原对在氧化还原反应期间传递大致2.39mA的平均电流，以在大致1.4V至2.6...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：中尺度技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：