一種閉合式雙性電極電致化學(xué)發(fā)光布芯片及其制法和用圖
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種閉合式雙性電極電致化學(xué)發(fā)光布芯片及其制法和用途，該芯片襯底是布片，布片上分布電極，雙性電極居中，一對驅(qū)動電極分布兩側(cè)；陽性驅(qū)動電極與雙性電極陰極由支持微通道連通，陰性驅(qū)動電極與雙性電極陽極由報告微通道連通；微通道的四周是疏水性的蠟壩；微通道是親水性的。本發(fā)明的芯片具有極好的柔性，因此有潛力構(gòu)建超柔性傳感器；另外相比于傳統(tǒng)芯片襯底材料，布芯片具有廉價、普遍、用戶友好、生物兼容性好、可生物降解等優(yōu)點。
【專利說明】
一種閉合式雙性電極電致化學(xué)發(fā)光布芯片及其制法和用途
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于微流控芯片領(lǐng)域，具體涉及一種閉合式雙性電極電致化學(xué)發(fā)光布芯片及其制法，和在檢測二丙胺、過氧化氫、匍萄糖中的用途。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片又稱微全分析系統(tǒng)，是指利用微加工技術(shù)，在一定襯底材料上形成微通道結(jié)構(gòu)的分析系統(tǒng)，可用于生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域的檢測應(yīng)用。
[0003]2011年，Dendukuri小組首次將棉布作為芯片襯底材料引入到微流控芯片加工領(lǐng)域，利用織布機將線纏繞在一起，制備出布基微流控比色免疫芯片。相對于以玻璃、硅片、石英等無機材料以及TOMS(聚二甲基硅氧烷)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)等高分子聚合材料加工而成的芯片，基于有機纖維的布基微流控芯片(即布芯片)具有廉價易得，易于處理，操作簡單、方便等優(yōu)點，因此逐漸發(fā)展成為一種新型的分析檢測平臺，受到研究者們越來越廣泛的關(guān)注。到目前為止，布芯片已與一系列檢測方法(如比色、電化學(xué)、化學(xué)發(fā)光、電致化學(xué)發(fā)光(electrochemiluminescence，ECL))親合聯(lián)用以實現(xiàn)不同檢測目的。
[0004]目前，ECL可簡單分為三電極ECL和雙性電極ECL(bipolar electrode_ECL，BPE-ECL)。不同于傳統(tǒng)三電極ECL，BPE-ECL僅采用一對驅(qū)動電極來無線式激發(fā)一個或者數(shù)個雙性電極，雙性電極兩端分屬陰、陽兩極，可以直接耦合電化學(xué)和ECL反應(yīng)。
[0005]2001年，Manz等人首次將BPE-ECL概念引入到微流控芯片領(lǐng)域。此后，BPE-ECL技術(shù)發(fā)展非常迅速，形成了閉合式BPE-ECL( closed BPE-ECL，C-BPE-ECL)和開放式BPE-ECL(open BPE-ECL,0-BPE-ECL)兩種基本構(gòu)型。在C-BPE-ECL中，雙性電極的陰、陽兩極分別位于兩個反應(yīng)池，兩個反應(yīng)池之間的電流流路只通過雙性電極;在O-BPE-ECL中，雙性電極包埋在一個流體通道中，電流不僅經(jīng)過雙性電極而且經(jīng)過溶液形成通路。
[0006]當(dāng)前，不論是C-BPE-ECL還是0-BPE-ECL，所報道的絕大部分是在微流控芯片中進(jìn)行。微流控芯片襯底材料包括玻璃、PDMS，或者玻璃/PDMS雜合體，而電極材料通常是金、氧化銦錫薄膜。這樣的微流控芯片涉及復(fù)雜、冗長、不環(huán)保的芯片加工過程以及昂貴的芯片襯底和電極材料。此外，這些微流控芯片檢測應(yīng)用通常需要昂貴的外圍設(shè)備，包括商業(yè)化ECL分析儀用于數(shù)據(jù)采集、機械栗用于芯片微通道中流體驅(qū)動等。因此，新型的BPE-ECL方法迫切需要以克服傳統(tǒng)BPE-ECL所面臨的一系列重要限制。到目前為止，BPE-ECL與布芯片相結(jié)合的檢測方法及裝置還沒有被報道過。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的首要目的在于提供一種閉合式雙性電極電致化學(xué)發(fā)光布芯片，該芯片結(jié)合了C-BPE-ECL和布芯片兩種技術(shù)的優(yōu)點，布芯片上支持微通道和報告微通道可以不在同一平面內(nèi)，其彎折角Θ(是指布芯片沿中間位置彎折后，某個微通道與其原來所處平面所形成的角度)范圍為0°-180°;0°表示沒有彎折，即兩個微通道處于同一個平面;而180°則表示兩個微通道幾乎重疊。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供上述布芯片的制備方法，所需芯片襯底和電極材料廉價、環(huán)保，加工過程簡便、快速。
[0009]本發(fā)明的再一目的在于提供上述布芯片在檢測中的應(yīng)用，其檢測設(shè)備操作方便、價格便宜、可便攜。
[0010]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[ΟΟ??] —種布芯片，其襯底是布片，布片上分布電極，雙性電極居中，一對驅(qū)動電極分布兩側(cè)；陽性驅(qū)動電極與雙性電極陰極由支持微通道連通，陰性驅(qū)動電極與雙性電極陽極由報告微通道連通;所述微通道的四周是疏水性的蠟壩；
[0012]所述的微通道是親水性的；
[0013]兩個微通道不相通，雙性電極橫跨兩個微通道；
[0014]所述的雙性電極可以分為三個部分，其兩端置于支持微通道和報告微通道中的分別是陰極和陽極，其中間由蠟壩夾著的是第三個部分；
[0015]優(yōu)選地，所述的支持微通道和報告微通道，其長度相等，寬度相等；
[0016]所述的電極由導(dǎo)電碳漿制成；
[0017]所述的電極其形狀是矩形;雙性電極到陽性、陰性驅(qū)動電極的距離相等。
[0018]上述布芯片的制備方法，包括以下步驟:
[0019](I)設(shè)計出微通道和電極的圖案，然后制成微通道網(wǎng)板和電極網(wǎng)板；
[0020](2)取布片緊貼在電極網(wǎng)板下方，在電極網(wǎng)板上刷涂導(dǎo)電碳漿，將電極印刷在布片上;涂刷完畢，將布片在80-120 °C下烘烤20-40分鐘，使電極電阻趨于穩(wěn)定，烘烤后在室溫下冷卻；
[0021](3)取印有電極的布片，將微通道網(wǎng)板緊貼在布片背面(即沒有電極的一面)上，用固體蠟、平滑器具在微通道網(wǎng)板上先后涂抹、碾磨;接著將布片和微通道網(wǎng)板一起放在加熱板上，70-130 0C下加熱數(shù)秒，蠟滲透在布片中形成微通道；
[0022 ] (4)將布片冷卻至室溫，制得閉合式雙性電極電致化學(xué)發(fā)光布芯片；
[0023]步驟(I)中，優(yōu)選用繪圖軟件Adobe Illustrator CS5設(shè)計微通道和電極的圖案；
[0024]步驟(2)中，所述的布片優(yōu)選白色全棉布。
[0025]上述的布芯片可用于檢測TPA(三丙胺)、H202和葡萄糖；
[0026]檢測過程包括以下步驟:
[0027](I)把布芯片固定到一個支架上，支架下方墊上一層墊片，一方面便于固定芯片且保持平整；另一方面防止芯片上支持微通道和報告微通道中滴加的反應(yīng)溶液與載物臺接觸，給載物臺造成不必要污染；
[0028]所述墊片對應(yīng)于布芯片微通道的區(qū)域要求是掏空的，使微通道懸空，避免對微通道內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)生影響；
[0029](2)采用導(dǎo)電膠布和鱷魚夾將支架上布芯片的驅(qū)動電極與電源連接，并一起放入到暗箱中的載物臺上；調(diào)節(jié)布芯片位置和CCD(Charge Coupled Device，電荷親合器件)焦距使得電腦屏幕上能夠顯示出清晰的布芯片圖像;設(shè)置CCD相關(guān)參數(shù)(如曝光時間，拍照間隔等)以便獲得所需的ECL成像圖；
[0030](3)往芯片上支持微通道中加入緩沖液，往報告微通道中加入測試液，等待數(shù)秒鐘使溶液充滿整個微通道，啟動CCD自動拍照模式；
[0031](4)接通直流電源對驅(qū)動電極施加適當(dāng)電壓以觸發(fā)C-BPE-ECL，采用CCD實時成像ECL過程。對于每個數(shù)據(jù)點，實驗重復(fù)多次。實時拍攝的成像圖通過Adobe Photoshop CS4、Origin等軟件進(jìn)行分析處理，從而得到數(shù)據(jù)曲線；
[0032]上述步驟中，對于不同的檢測對象，緩沖液都為0.1M PBS(phophate buffersolut1n,磷酸鹽緩沖液)(pH值7.4)，而測試液是不同的:
[0033]對于檢測了?4，用0.謂PBS(pH值7.4)配置一定濃度的仙卬?7)32+溶液和一定濃度的TPA溶液，然后等體積混合這兩種溶液得到檢測TPA的測試液；
[0034]對于檢測H2O2,用0.1M NaOH和0.1M PBS分別配置一定濃度的Luminol溶液和一定濃度的H2O2溶液，然后等體積混合這兩種溶液得到檢測H2O2的測試液；
[0035]對于檢測葡萄糖，用0.1M NaOH和0.1M PBS分別配置一定濃度的Luminol溶液和一定濃度的葡萄糖溶液，然后等體積混合這兩種溶液得到檢測葡萄糖的測試液。測試液加入到報告微通道中。在檢測之前，雙性電極陽極已預(yù)固定葡萄糖氧化酶，酶預(yù)固定過程為:在雙性電極陽極端滴加2yL葡萄糖氧化酶溶液，2min晾干后，再滴加IyL相同的酶溶液，在4°C冰箱內(nèi)晾干并保存?zhèn)溆谩?br>[0036]上述步驟中，對于不同的檢測對象，芯片彎折角Θ或溶液滴加方式是不同的；
[0037]對于檢測TPA，芯片彎折角Θ為0°，溶液滴加方式是采用移液槍將緩沖液和測試液分別加入到布芯片的支持微通道和報告微通道中；
[0038]對于檢測H2O2和葡萄糖，芯片彎折角Θ為180°，溶液滴加方式為:首先將溶液滴在干凈的一次性PE薄膜上形成液滴;接著將親水性的微通道接觸液滴溶液，在毛細(xì)力作用下將溶液吸取到支持微通道或報告微通道中。
[0039]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果:
[0040]1、本發(fā)明首次將閉合式雙性電極電致化學(xué)發(fā)光、布基微流控芯片技術(shù)進(jìn)行有機集成，從而構(gòu)建一種簡單、廉價的生化傳感器。
[0041]2、本發(fā)明將基于碳墨和固體蠟的網(wǎng)印加工方法應(yīng)用到布基微流控芯片上，該加工方法的優(yōu)點之一是不需要昂貴、復(fù)雜的儀器設(shè)備，另一重要優(yōu)點是可批量加工出所需的布基微流控芯片。
[0042]3、本發(fā)明中電極(包括驅(qū)動電極和雙性電極)是碳電極，相比于傳統(tǒng)電極材料如金、氧化銦錫薄膜，不僅制作成本低廉，而且可一次性使用，無需復(fù)雜的拋光預(yù)處理。
[0043]4、本發(fā)明方法與現(xiàn)有的微流控芯片雙性電極電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)相比，明顯的優(yōu)勢之一是芯片具有極好的柔性，因此有潛力構(gòu)建超柔性傳感器;另一優(yōu)勢是相比于傳統(tǒng)芯片襯底材料(如玻璃，I3DMS等)，布芯片材料具有廉價、普遍、用戶友好、生物兼容性好、可生物降解等優(yōu)點。
[0044]5、本發(fā)明方法與現(xiàn)有的傳統(tǒng)電致化學(xué)發(fā)光、布基微流控電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)相比，無需昂貴的恒電位儀;易于實現(xiàn)高通量檢測。
[0045]6、本發(fā)明所描述的方法操作流程簡單，不需要專業(yè)人員操作。
[0046]7、本發(fā)明方法減少了對環(huán)境的污染，樣品分析完成后芯片可通過燃燒方法處理掉。
[0047]8、本發(fā)明方法從加樣到完成樣品分析僅需幾分鐘，可實現(xiàn)快速、定量檢測。
[0048]9、本發(fā)明的方法適用于普通實驗室、易于推廣。
[0049]10、本發(fā)明方法的布芯片檢測體系具有良好的穩(wěn)定性、較高的檢測靈敏度、較寬的檢測動態(tài)范圍以及易于控制等優(yōu)點，能在布芯片上定量檢測三丙胺、過氧化氫和葡萄糖，這在環(huán)境監(jiān)測、食品安全檢測、疾病診斷等領(lǐng)域有極其重要的研究意義。
【附圖說明】
[0050]圖1是微通道網(wǎng)板。
[0051 ]圖2是電極網(wǎng)板。
[0052]圖3是本發(fā)明閉合式雙性電極電致化學(xué)發(fā)光布芯片的實物圖；其中，1-陽性驅(qū)動電極，2-支持微通道，3-雙性電極，4-蠟壩，5-報告微通道，6-陰性驅(qū)動電極。
[0053]圖4是發(fā)光強度隨布芯片微通道中加液量變化的柱狀圖。
[0054]圖5是發(fā)光強度隨驅(qū)動電壓(Etcit)變化曲線圖。
[0055]圖6是發(fā)光強度隨雙性電極寬度(Wbpe)變化曲線圖。
[0056]圖7是發(fā)光強度隨雙性電極長度(Lbpe)變化的柱狀圖。
[0057]圖8是發(fā)光強度隨布芯片彎折角(Θ)變化的柱狀圖。
[0058]圖9是發(fā)光強度隨三丙胺濃度變化曲線(內(nèi)插圖為數(shù)據(jù)線性擬合曲線圖)。
[0059]圖10是發(fā)光強度隨過氧化氫濃度變化曲線(內(nèi)插圖為數(shù)據(jù)線性擬合曲線圖)。
[0060]圖11是發(fā)光強度隨葡萄糖濃度變化曲線(內(nèi)插圖為數(shù)據(jù)線性擬合曲線圖)。
[0061]圖12是雙性電極陽極未預(yù)固定酶的布芯片發(fā)光強度隨儲存時間變化的柱狀圖。
[0062]圖13是雙性電極陽極預(yù)固定酶的布芯片發(fā)光強度隨儲存時間變化的柱狀圖。
【具體實施方式】
[0063]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0064]實施例1
[0065]閉合式雙性電極電致化學(xué)發(fā)光布芯片制備方法，包括如下步驟:
[ΟΟ??] (I)使用Adobe Illustrator CS5繪圖軟件設(shè)計出支持/報告微通道、陽性/陰性驅(qū)動電極、雙性電極的圖案，然后由廠家加工制成300目聚酯微通道網(wǎng)板(如圖1所示，白色區(qū)域包圍著的是微通道)和電極網(wǎng)板(如圖2所示，白色的是電極)；
[0067](2)將棉布片(白色、全棉、?10.7mg/cm2、?96根線/英寸寬)置于電極網(wǎng)板下方，使布片和網(wǎng)板緊貼，通過在電極網(wǎng)板上刷涂導(dǎo)電碳漿(〈60 Ω/SqUare)而將驅(qū)動電極、雙性電極印刷在棉布片上；
[0068](3)涂刷完畢，棉布片與電極網(wǎng)板分開，并在100 °C烘箱(型號DHG-9035A)中烘烤30min，使電極電阻趨于穩(wěn)定，烘烤后在室溫下冷卻；
[0069](4)取印有電極的棉布片，將微通道網(wǎng)板緊貼在棉布片背面(沒有電極的一面)上，用蠟筆、平滑器具在微通道網(wǎng)板上先后涂抹、碾磨;接著將棉布片和微通道網(wǎng)板一起放在加熱板(型號YH-946B)上，在85°C下加熱?3s，蠟滲透在棉布片中形成基于蠟壩的支持微通道和報告微通道；
[0070](5)將棉布片和微通道網(wǎng)板分離，冷卻至室溫，從而制得C-BPE-ECL布芯片。
[0071]制得的芯片如圖3所示，其襯底是布片，布片上分布電極，雙性電極3居中，一對驅(qū)動電極分布兩側(cè)；陽性驅(qū)動電極I與雙性電極陰極由支持微通道2連通，陰性驅(qū)動電極6與雙性電極陽極由報告微通道5連通;所述微通道的四周是疏水性的蠟壩4;
[0072]兩個微通道不相通，雙性電極3橫跨兩個微通道；
[0073]所述的微通道是親水性的；
[0074]所述的支持微通道2和報告微通道5，其長度相等，寬度相等；
[0075]所述的電極由導(dǎo)電碳漿制成；
[0076]所述的電極其形狀是矩形;雙性電極3到陽性驅(qū)動電極1、陰性驅(qū)動電極6的距離相等。
[0077]實施例2
[0078]實施例1制得的布芯片在檢測TPA中的應(yīng)用，包括以下步驟:
[0079](I)把制備好的棉布芯片固定到一個PET塑料支架上，支架下方墊上一層墊片(對應(yīng)微通道的部分掏空，使微通道懸空)，一方面便于固定芯片且保持平整；另一方面防止芯片上支持微通道和報告微通道中滴加的反應(yīng)溶液與載物臺接觸，給載物臺造成不必要污染；
[0080](2)采用裁剪好的雙面導(dǎo)電膠布和鱷魚夾將支架上棉布芯片的陽性驅(qū)動電極和陰性驅(qū)動電極分別與直流電源(型號PS-305D)的正、負(fù)極相連接，并一起放入到ECL測量與分析系統(tǒng)的載物臺上;調(diào)節(jié)布芯片位置使布芯片報告微通道中的雙性電極陽極正對準(zhǔn)內(nèi)含于暗箱中的C⑶相機(型號MCl5)的宏觀鏡頭(型號M1614-MP)，并調(diào)節(jié)CCD焦距使得電腦屏幕上能夠顯示出清晰的布芯片圖像;設(shè)置CCD相關(guān)參數(shù)(如曝光時間200ms，拍照間隔5s等)以便獲得所需的ECL成像圖；
[0081 ] (3)采用移液槍往芯片上支持微通道中加入5-25yL的0.1M PBS(pH 7.4);往報告微通道中加入5-25yL測試液，該測試液由Ru(bpy) 32+溶液(由0.IM I3BS(pH 7.4)配制)和TPA溶液(由0.1M PBS (pH 7.4)配制)等體積混合而得)，等待1 s使溶液充滿整個微通道，啟動CCD自動拍照模式；
[0082](4)接通直流電源對驅(qū)動電極施加適當(dāng)電壓(即驅(qū)動電壓Etcit)以觸發(fā)C-BPE-ECL，采用CCD實時成像ECL過程。對于每個數(shù)據(jù)點，實驗至少重復(fù)8次。實時拍攝的成像圖以JPEG格式保存，大小為1024像素X 1360像素，并通過Adobe Photoshop CS4批處理功能分析，從而得到ECL發(fā)光強度最大(以灰度值表示)的圖片;將最大灰度值乘以發(fā)光區(qū)域的像素點得到發(fā)光面積的光子數(shù)，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Or igin做數(shù)據(jù)分析，從而得到數(shù)據(jù)曲線；
[0083]現(xiàn)以含5mM Ru(bpy)32+和25mM TPA的測試液以及彎折角Θ為0°的布芯片(芯片參數(shù):微通道的長度(Lwc)及寬度(Wwc)分別13mm和6mm、驅(qū)動電極的長度(Lde)及寬度(Wde)分別為8mm和5mm、雙性電極長度(Lbpe )為15mm、雙性電極陽極長度(Lae)和雙性電極陰極長度(Lce)都為5mm、雙性電極寬度(Wbpe)為2mm)為例，采用布芯片來測試在驅(qū)動電壓Etcit為6.5V下微通道中不同加液量與ECL發(fā)光強度之間的關(guān)系。
[0084]結(jié)果如圖4所示，可以看出，報告微通道中加液量從5yL變化到15yL時ECL發(fā)光強度隨之增大，當(dāng)加液量繼續(xù)增大時發(fā)光強度基本保持不變;支持微通道中具有相似的情況。因此，為了節(jié)省試劑耗量、降低分析價格，優(yōu)選15yL為緩沖液和測試液體積。就報告微通道的測試液而言，其可接受的體積最小值在10-15yL ；就支持微通道中的緩沖液而言，在報告微通道中溶液體積足夠的情況下，只需要將支持微通道全部潤濕就可以得到較好的發(fā)光現(xiàn)象，其可接受的體積最小值可以為5yL。
[0085]實施例3
[0086]對影響實施例2中布芯片發(fā)光強度的若干重要因素(驅(qū)動電壓Etclt、雙性電極寬度Wbpe、雙性電極長度Lbpe、彎折角9)進(jìn)行優(yōu)選
[0087]a)優(yōu)選驅(qū)動電壓Etcit
[0088]1、其他條件同實施例2，即布芯片θ = 0°、Lw。= 13mm、Wwc = 6mm、Lde = 8mm、Wde = 5mm、Lbpe = 15mm、Wbpe = 2mm、Lae = Lce = 5mm ；報告微通道中測試液體積為 15yL、Ru (bpy) 32+濃度為511^、1?4濃度為2511^;支持微通道中？83體積為15卩1^、濃度為0.謂(？!1值7.4)。
[0089 ] 2、設(shè)置若干實驗組:驅(qū)動電壓Etcit設(shè)置為幾個不同值(3V、3.5 V、4V、4.5V、5V、5.5 V、6V、6.5V、7V)。
[0090] 3、布芯片C-BPE-ECL檢測過程同實施例2，測試結(jié)果如圖5所示。
[0091 ] 從實驗結(jié)果可以看出:隨著驅(qū)動電壓Etcit從3.5V變化到6.5V，ECL發(fā)光強度逐漸增強；當(dāng)驅(qū)動電壓Etcit小于3.5V時，幾乎觀察不到ECL信號；當(dāng)驅(qū)動電壓Etcit大于6.5V時，ECL信號開始下降。因此，優(yōu)選驅(qū)動電壓Etot為6.5V，可接受的范圍是5.5-6.5V。
[0092]b)雙性電極寬度Wbpe
[0093]1、其他條件相似于a)，即布芯片Θ = 0。、Lwc = 13mm、Wwc = 6mm、Lde = 8mm、Wde = 5mm、Lbpe= 15mm、Lae = Lce = 5mm;驅(qū)動電壓Etot = 6.5V ；報告微通道中測試液體積為15yL、Ru(bpy)32+濃度為5mM、TPA濃度為25mM;支持微通道中PBS體積為15μL、濃度為0.1M(pH值7.4)。
[0094]2、設(shè)置若干實驗組:雙性電極寬度Wbpe設(shè)置為幾個不同值(0.5mm、lmm、2mm、3mm、4mm) ο
[0095]3、布芯片C-BPE-ECL檢測過程同實施例2，測試結(jié)果如圖6所示。
[0096]從實驗結(jié)果可以看出:隨著雙性電極寬度Wbpe從0.5mm變化到3mm，ECL發(fā)光強度明顯增強。然而，雙性電極寬度Wbpe從3mm進(jìn)一步增大到4mm時，ECL發(fā)光強度輕微增加(小于6% )，與此同時多消耗的碳電極材料理論上大于30%。另外，可能由于電活性物質(zhì)的過量消耗，C-BPE-ECL信號的穩(wěn)定性變差?；谶@些事實，優(yōu)選雙性電極寬度Wbpe為3_，可接受的范圍是2.5-4mm。
[0097]c)雙性電極長度Lbpe
[0098]1、其他條件相似于b)，即布芯片Θ = 0。、Lwc = 13mm、Wwc = 6mm、Lde = 8mm、Wde = 5mm、Wbpe = 3mm、Lae = Lce = 5mm ；驅(qū)動電壓Etot = 6.5V ；報告微通道中測試液體積為15yL、Ru(bpy)32+濃度為5mM、TPA濃度為25mM;支持微通道中PBS體積為15μL、濃度為0.1M(pH值7.4)。[00"] 2、設(shè)置若干實驗組:雙性電極長度Lbpe設(shè)置為幾個不同值(I 1mm、13mm、15mm、17mm、19mm)o
[0100]3、布芯片C-BPE-ECL檢測過程同實施例2，測試結(jié)果如圖7所示。
[0101]從實驗結(jié)果可以看出:雙性電極長度Lbpe的變化(即報告微通道與支持微通道間雙性電極部分的長度變化)對ECL發(fā)光強度產(chǎn)生可以忽略不計的影響:在每個情況下，平均發(fā)光強度的相對偏差小于7.5%；相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5.3 %。為了使布芯片緊湊小巧、消耗少以及使布芯片兩個微通道易于沿著雙性電極中間位置處彎折而不影響檢測性能，基于不同的布芯片檢測應(yīng)用目的，雙性電極長度Lbpe能優(yōu)選為13mm或15mm，可接受的范圍是I l-19mm。
[0102]d)彎折角Θ
[0103]1、其他條件相似于c)，即布芯片Lwc= 13mm、Wwc = 6mm、Lde = 8mm、Wde = 5mm、LBPE =15mm、Wbpe = 3mm、Lae = Lce = 5mm;驅(qū)動電壓Etot = 6.5V；支持微通道中PBS體積為15yL、濃度為0.1Μ(ρ!^7.4)ο
[0104]2、報告微通道中測試液體積為15yL、Ru (bpy) 32+濃度為0.5mM、TPA濃度為2.5mM ；
[0105]3、設(shè)置若干實驗組:彎折角Θ設(shè)置為幾個不同值(O。、45°、90°、135°、180° )。
[0106]4、布芯片C-BPE-ECL檢測過程同實施例2，測試結(jié)果如圖8所示。
[0107]從實驗結(jié)果可以看出:相對于布芯片彎折角Θ為0°時(即布芯片不作任何角度彎折時)，作彎折的布芯片顯示出一個可比擬的C-BPE-ECL發(fā)光強度。因此，C-BPE-ECL布芯片不僅具有極好的柔性，而且表現(xiàn)出較強的發(fā)光。這種良好特性也許會拓寬布芯片潛在的應(yīng)用領(lǐng)域、提高布芯片潛在的集成度。
[0108]實施例4
[0109]以實施例3摸索到的優(yōu)選條件利用布芯片檢測TPA
[0110](a)采用實施例3優(yōu)選的一些布芯片參數(shù)即θ = 0°、Lwc = 13_、Wwc = 6_、Lde = &nm、Wde = 5mm、LBPE=13mm、WBPE = 3mm、Lae = Lce = 5mm。另夕卜，驅(qū)動電壓Et。t = 6.5V;報告微通道中測試液體積為15yL、Ru (bpy) 32+濃度為0.5mM;支持微通道中PBS體積為15yL、濃度為0.1M( pH值7.4)。
[0111](13)設(shè)置若干實驗組丨？4濃度設(shè)置為幾個不同值(011^、0.111^、0.2511^、0.511^、
1.25mM、2.5mM、5mM、1mM)。
[0112](c)布芯片C-BPE-ECL檢測過程同實施例2，測試結(jié)果如圖9所示。
[0113]從實驗結(jié)果可以看出=C-BPE-ECL發(fā)光強度隨著TPA濃度升高而增大。在TPA濃度從OmM變化到2.5mM時，C-BPE-ECL發(fā)光強度(用Y表示)與TPA濃度(用X表示)呈一定的線性關(guān)系，線性方程可表達(dá)為Y = 0.500X-0.014(R2 = 0.9910)。檢測限采用的計算方法是:YL = Yb+3Sb(Yb為空白對照時平均發(fā)光強度值，Sb為空白對照時標(biāo)準(zhǔn)偏差)(八次重復(fù)實驗)，通過所得的Yl值對應(yīng)的濃度得到TPA檢測極限。在此實施例中，TPA檢測極限為0.085mM。
[0114]實施例5
[0115]以實施例3摸索到的一些優(yōu)選條件進(jìn)行超柔布芯片檢測H2O2
[0116](a)采用實施例3優(yōu)選的一些布芯片參數(shù)即θ = 180° (最大彎折角)、Lwc = 13mm、Wwc=6mm、Lde = 8mm、Wde = 5mm、Lbpe= 15mm > ff βρε = 3mm > Lae = Lce = 5mm 0
[0117](b)驅(qū)動電壓Etclt = 5V;報告微通道中測試液(由0.1M NaOH配置的Luminol溶液和0.1M PBS配置的H2O2溶液等體積混合而得)體積為15yL、Luminol濃度為5mM;支持微通道中PBS體積為15yL、濃度為0.1Μ(ρΗ值7.4)。
[0118](c)設(shè)置若干實驗組:H2O2濃度設(shè)置為幾個不同值(OmM、0.025mM、0.125mM、0.25mM、0.5mM、2.5mM)。
[0119](d)布芯片C-BPE-ECL檢測過程相似于實施例2，略微不同的是:(1)對于彎折芯片，難于在暗箱內(nèi)加液，因而預(yù)先調(diào)節(jié)好CCD焦距后，往布芯片微通道中滴加相應(yīng)溶液、連接鱷魚夾，再放置布芯片到暗箱中；(2)溶液滴加方式為:首先將溶液滴在干凈的一次性PE薄膜上形成液滴;接著將親水性的布基微通道接觸液滴溶液，在毛細(xì)力作用下將溶液吸取到支持微通道或報告微通道中；
[0120]啟動CXD自動拍照模式，并設(shè)置CCD參數(shù)(曝光時間為200ms，拍照間隔為0.5s等)，等待60s使溶液充滿整個微通道。測試結(jié)果如圖10所示。
[0121]從實驗結(jié)果可以看出=C-BPE-ECL發(fā)光強度隨著H2O2濃度升高而增大。在H2O2濃度從0.025mM變化到2.5mM時，C-BPE-ECL發(fā)光強度(用Y表示)與H2O2濃度的對數(shù)(用X表示)呈一定線性關(guān)系，線性方程可表達(dá)為Y=1.145X+1.943(R2 = 0.9930)。檢測限采用的計算方法是:YL = Yb+3Sb(Yb為空白對照時平均發(fā)光強度值，Sb為空白對照時標(biāo)準(zhǔn)偏差)(八次重復(fù)實驗)，通過所得的Yl值對應(yīng)的濃度得到H2O2檢測極限。在此實施例中，H2O2檢測極限為
0.024mMo
[0122]實施例6
[0123]超柔布芯片C-BPE-ECL檢測葡萄糖時，除布芯片報告微通道中雙性電極陽極預(yù)固定著葡萄糖氧化酶以及測試液中含葡萄糖不一樣之外，其它均與實施例5中檢測H2O2的條件相同，這些條件包括測試過程、芯片參數(shù)、驅(qū)動電壓等。
[0124](a)布芯片報告微通道中雙性電極陽極預(yù)固定著葡萄糖氧化酶過程為:在雙性電極陽極端滴加2yL葡萄糖氧化酶溶液(5unit/yL)，2min晾干后，再滴加IyL相同的酶溶液，在4 °C冰箱內(nèi)晾干保存。
[0125](b)檢測葡萄糖的測試液由0.1M NaOH配置的Luminol溶液和0.1M PBS配置的葡萄糖溶液等體積混合而得。
[0126]設(shè)置若干實驗組進(jìn)一步考察該方法定量檢測葡萄糖的靈敏度，其中測試液中葡萄糖濃度分別為0mM、0.25mM、0.5mM、ImM、I.25mM、2.5mM、5mM，圖 11 顯示了C-BPE-ECL發(fā)光強度與葡萄糖濃度的關(guān)系。
[0127]由圖11可以看出C-BPE-ECL發(fā)光強度(用Y表示)與葡萄糖濃度的對數(shù)(用X表示)呈一定線性關(guān)系，線性方程可表達(dá)為Y = 0.927X+0.754(R2 = 0.9956)。檢測限采用的計算方法是:YL = Yb+3Sb(Yb為空白對照時平均發(fā)光強度值，Sb為空白對照時標(biāo)準(zhǔn)偏差)(八次重復(fù)實驗)，通過所得的Ydt對應(yīng)的濃度得到葡萄糖檢測極限。在此實施例中，葡萄糖檢測極限為0.195mM0
[0128]實施例7
[0129]布芯片的儲存穩(wěn)定性評價
[0130]A、雙性電極陽極未預(yù)固定酶的布芯片
[0131 ] (a)采用實施例4的布芯片參數(shù)，即θ = 0°、Lw。= 13mm、Wwc = 6mm、Lde = 8mm、Wde = 5mm、Lbpe = 13mm、Wbpe = 3mm、Lae = Lce = 5mm。另外，驅(qū)動電壓Etot = 6.5 V;報告微通道中測試液體積為1541^、1?11化?7)32+濃度為511^、1?4濃度為251111;支持微通道中？83體積為1541^、濃度為0.謂(pH值7.4);布芯片儲存在室溫、空氣中。
[0132](b)設(shè)置若干實驗組:布芯片儲存時間間隔設(shè)置為數(shù)個不同值(O天、2天、4天、6天、8天、10天、12天、14天、16天、18天、20天)。
[0133](c)布芯片C-BPE-ECL檢測過程同實施例2，測試結(jié)果如圖12所示。
[0134]從實驗結(jié)果可以看出:C-BPE-ECL發(fā)光強度在儲存時間內(nèi)僅發(fā)生輕微變化。布芯片儲存10天和20天后，其發(fā)光強度分別下降到初始發(fā)光值(O天)的95.5%和90.2%。
[0135]B、雙性電極陽極預(yù)固定酶的布芯片
[0136](a)采用實施例6(也即實施例5)的布芯片參數(shù)，S卩Θ = 180° ,Lwc= 13mm,Wwc = 6mm,Lde = 8mm、Wde = 5mm、Lbpe = 15mm、Wbpe = 3mm、Lae = Lce = 5mm。另外，驅(qū)動電壓 Etot = 5V ；報告微通道中測試液體積為15yL、Lumino I濃度為5mM、葡萄糖濃度為2mM;支持微通道中I3BS體積為1541^、濃度為0.謂(？!1值7.4)。
[0137](b)布芯片報告微通道中雙性電極陽極預(yù)固定著葡萄糖氧化酶過程以及含葡萄糖的測試液配置過程均相同于實施例6;布芯片密封、干燥儲存在4°C溫度中。
[0138](c)設(shè)置若干實驗組:布芯片儲存時間間隔設(shè)置為數(shù)個不同值(O天、2天、4天、6天、8天、10天、12天、14天、16天、18天、20天)。
[0139](c)布芯片C-BPE-ECL檢測過程同實施例6，測試結(jié)果如圖13所示。
[0140]從實驗結(jié)果可以看出:相對于C-BPE-ECL初始發(fā)光值(O天)，在儲存時間前4天內(nèi)布芯片發(fā)光強度幾乎不發(fā)生任何變化。布芯片儲存10天和20天后，其發(fā)光強度分別下降到初始發(fā)光值的94.5%和87.7%。
[0141]綜上所述，布芯片不論是雙性電極陽極未預(yù)固定酶還是預(yù)固定酶，它們都具有極好的儲存穩(wěn)定性，因此有可能適用到邊遠(yuǎn)地區(qū)的檢測應(yīng)用。
[0142]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種布芯片，其特征在于:襯底是布片，布片上分布電極，雙性電極居中，一對驅(qū)動電極分布兩側(cè)；陽性驅(qū)動電極與雙性電極陰極由支持微通道連通，陰性驅(qū)動電極與雙性電極陽極由報告微通道連通;所述微通道的四周是疏水性的蠟壩； 所述的微通道是親水性的。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布芯片，其特征在于:所述的兩個微通道不相通，雙性電極橫跨兩個微通道。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布芯片，其特征在于:所述的雙性電極分為三個部分，其兩端置于支持微通道和報告微通道中的分別是陰極和陽極，其中間由蠟壩夾著的是第三個部分。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布芯片，其特征在于:所述的支持微通道和報告微通道，其長度相等，寬度相等。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布芯片，其特征在于:所述的電極由導(dǎo)電碳漿制成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布芯片，其特征在于:所述的電極其形狀是矩形；雙性電極到陽性、陰性驅(qū)動電極的距離相等。7.權(quán)利要求1-6任一項所述的布芯片的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)設(shè)計出微通道和電極的圖案，然后制成微通道網(wǎng)板和電極網(wǎng)板； (2)取布片緊貼在電極網(wǎng)板下方，在電極網(wǎng)板上刷涂導(dǎo)電碳漿，將電極印刷在布片上；涂刷完畢，將布片在80-120°C下烘烤20-40分鐘，使電極電阻趨于穩(wěn)定，烘烤后在室溫下冷卻； (3)取印有電極的布片，將微通道網(wǎng)板緊貼在布片背面上，用固體蠟、平滑器具在微通道網(wǎng)板上先后涂抹、碾磨;接著將布片和微通道網(wǎng)板一起放在加熱板上，70-130Γ下加熱數(shù)秒，蠟滲透在布片中形成微通道； (4)將布片冷卻至室溫，制得閉合式雙性電極電致化學(xué)發(fā)光布芯片。8.權(quán)利要求1-6任一項所述的布芯片在檢測三丙胺、H2O2和葡萄糖中的應(yīng)用。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的布芯片在檢測三丙胺、H2O2和葡萄糖中的應(yīng)用，其特征在于包括以下步驟: (1)把布芯片固定到一個支架上，支架下方墊上一層墊片； 所述墊片對應(yīng)于布芯片微通道的區(qū)域要求是掏空的； (2)采用導(dǎo)電膠布和鱷魚夾將支架上布芯片的驅(qū)動電極與電源連接，并一起放入到暗箱中的載物臺上；調(diào)節(jié)布芯片位置和CCD焦距使得電腦屏幕上能夠顯示出清晰的布芯片圖像;設(shè)置CCD相關(guān)參數(shù)以便獲得所需的ECL成像圖； (3)往芯片上支持微通道中加入緩沖液，往報告微通道中加入測試液，等待數(shù)秒鐘使溶液充滿整個微通道，啟動CCD自動拍照模式； (4)接通直流電源對驅(qū)動電極施加適當(dāng)電壓以觸發(fā)C-BPE-ECL，采用CCD實時成像ECL過程;實時拍攝的成像圖經(jīng)過分析處理，得到數(shù)據(jù)曲線。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于:對于檢測H2O2和葡萄糖，芯片彎折角Θ為180°，溶液滴加方式為:首先將溶液滴在干凈的一次性PE薄膜上形成液滴;接著將親水性的微通道接觸液滴溶液，在毛細(xì)力作用下將溶液吸取到支持微通道或報告微通道中。
【文檔編號】G01N21/76GK106093015SQ201610390590
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月1日 公開號201610390590.2, CN 106093015 A, CN 106093015A, CN 201610390590, CN-A-106093015, CN106093015 A, CN106093015A, CN201610390590, CN201610390590.2
【發(fā)明人】章春筍, 劉敏
【申請人】華南師范大學(xué)