開放式U形雙性電極電致化學(xué)發(fā)光布芯片及其制法和用途制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種開放式U形雙性電極電致化學(xué)發(fā)光布芯片及其制法和用途，本發(fā)明專利技術(shù)的布芯片上有三個電極，居中的是雙性電極，位居兩側(cè)的是驅(qū)動電極；疏水壩圍成的區(qū)域是親水微通道；親水微通道為啞鈴形；驅(qū)動電極位于親水微通道的兩端，驅(qū)動電極部分位于親水微通道內(nèi)，部分嵌在疏水壩中；雙性電極為U形，位于親水微通道中央，U形雙性電極的頂端和底部嵌在疏水壩中。本發(fā)明專利技術(shù)所使用的雙性電極為U形，U形雙性電極的陰、陽兩極以一定空間距離分開，這在一定程度上減少了陰、陽兩極上所發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的相互干擾；此外，雙性電極中連接陰、陽兩極的部分不在微通道內(nèi)，這有利于減少導(dǎo)電碳漿中有機成分對生化檢測可能產(chǎn)生的不利影響。

Open type U shaped double electrode electroluminescent light-emitting chip and its preparing method and use

The invention discloses an open type U shaped bipolar electrode electrochemiluminescence cloth chip and its preparation and application, there are three cloth electrode chip of the invention, the center is situated on both sides of the bipolar electrode, is driving electrode; the dam area is surrounded by hydrophobic hydrophilic microchannel; hydrophilic microchannel for dumbbell shape; both ends of the drive electrode located in the hydrophilic microchannel, a driving electrode part located in hydrophilic microchannel, partially embedded in the hydrophobic dam; bipolar electrode is in the form of U, located in the central hydrophilic microchannel, U shaped bipolar electrode top and bottom embedded in hydrophobic dam. Pairs of electrodes used by the invention is U shape, U shape of the Yin and yang two pairs of electrodes separated by a certain distance, which reduces the mutual interference of chemical reaction occurs on the positive and negative poles in a certain extent; in addition, bipolar electrode connection of positive and negative poles of the part in the micro channel. This helps to reduce the adverse effects of organic components in conductive carbon paste may be generated for biochemical detection.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于微流控芯片加工及傳感應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種開放式U形雙性電極電致化學(xué)發(fā)光布芯片及其制法，和在檢測過氧化氫、葡萄糖中的用途。
技術(shù)介紹
微流控芯片，又稱為微全分析系統(tǒng)或者芯片實驗室，是指利用微加工技術(shù)，在一定襯底材料上將多個單元進行靈活組裝和大規(guī)模集成，從而構(gòu)造一個可用于生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域檢測應(yīng)用的微系統(tǒng)。目前，廣泛使用的微流控芯片材料有硅、玻璃、石英、陶瓷等無機材料和聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)和SU-8等有機聚合物材料。然而，這些材料所需要的加工設(shè)備非常昂貴、操作流程復(fù)雜繁瑣、制作周期冗長以及成本高，因此極大地限制了它們在微流控芯片領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用。近年來，紙作為一種微流控芯片襯底材料，具有加工簡單、設(shè)計靈活以及功能多樣等特點。但是，已報道的紙基微流控芯片幾乎都采用Whatman1號濾紙，其種類相當(dāng)單一。另外，紙機械強度、耐用性和濕強均較差；且價格較昂貴、纖維空隙較小。相比于紙而言，布可作為一種新型的襯底材料來制作布基微流控芯片(即布芯片)。布屬于多層立體結(jié)構(gòu)，具有良好的機械強度和潤濕能力；價格低廉，種類繁多，適于不同的分析需求；具有較好柔性，適于制作三維結(jié)構(gòu)芯片；纖維間縫隙較大，適于對液體的復(fù)雜操作；易于和線等材料結(jié)合以構(gòu)成功能多樣的微裝置。然而，到目前為止，布芯片仍處于早期發(fā)展階段，有待于研究者們進一步開發(fā)研究。目前，布芯片已經(jīng)耦合了一些檢測方法，如比色法、電化學(xué)法、化學(xué)發(fā)光法、電致化學(xué)發(fā)光法(electrochemiluminescence,ECL)以及電泳分離法。這些方法中，ECL結(jié)合了化學(xué)發(fā)光與電化學(xué)的特點，具有在時間和空間上易于控制、分析信號穩(wěn)定且靈敏度高等優(yōu)點。然而，傳統(tǒng)ECL即為三電極ECL，需要工作電極、對電極和參比電極。重要的是，它需要非常昂貴的恒電位儀或者電化學(xué)工作站；并且需要與電極進行直接電接觸以實現(xiàn)ECL，這些問題極大地限制了其發(fā)展應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)ECL，雙性電極電致化學(xué)發(fā)光(Bipolarelectrode-ECL,BPE-ECL)是雙性電化學(xué)與ECL結(jié)合的產(chǎn)物，它具有簡單、成本低以及易于實現(xiàn)高通量等顯著優(yōu)點。在BPE-ECL中，僅僅需要一個外部直流電源連接一對驅(qū)動電極便可觸發(fā)一個或多個雙性電極陰極和陽極上的氧化還原反應(yīng)，從而實現(xiàn)雙性電化學(xué)與電致化學(xué)發(fā)光的有機耦合。雙性電極ECL可分有閉合式BPE-ECL(closedBPE-ECL,C-BPE-ECL)和開放式BPE-ECL(openBPE-ECL,O-BPE-ECL)。對于C-BPE-ECL，雙性電極陰、陽兩極分別位于兩個空間分開的微反應(yīng)池內(nèi)，兩個微反應(yīng)池之間的電流通路只經(jīng)過雙性電極；而O-BPE-ECL則是將雙性電極陰、陽兩極放在同一個微反應(yīng)池內(nèi)，電流通路不僅通過雙性電極，而且經(jīng)過溶液而形成回路。當(dāng)前，絕大多數(shù)BPE-ECL是在微流控芯片體系中進行的。芯片材料一般是無機材料或有機聚合物材料，涉及到的微加工設(shè)備昂貴、過程繁瑣、電極材料價格高。特別是，這些BPE-ECL微流控芯片需要和外界進行一定的管路連接；需要體積大且價格高的外圍設(shè)備(如泵裝置、數(shù)據(jù)采集分析儀器等)。因此，新型BPE-ECL方法迫切需要以克服BPE-ECL所面臨的一系列重大限制。目前，O-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。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的首要目的在于提供一種開放式U形雙性電極電致化學(xué)發(fā)光(O-U-BPE-ECL)布芯片，該芯片結(jié)合了O-U-BPE-ECL和布芯片兩種技術(shù)優(yōu)勢；所使用的雙性電極為U形。本專利技術(shù)的另一目的在于提供上述布芯片的制備方法，該方法簡單、方便、靈活；制備周期短；所使用材料成本低廉、普遍易得。本專利技術(shù)的再一目的在于提供上述布芯片在檢測過氧化氫(H2O2)、葡萄糖中的應(yīng)用，其所需的設(shè)備輕便易攜帶，操作簡單便捷。本專利技術(shù)的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：一種布芯片，襯底是布片；布芯片上有三個電極，居中的是雙性電極，位居兩側(cè)的是驅(qū)動電極；疏水壩圍成的區(qū)域是親水微通道；所述的親水微通道為啞鈴形，該形狀有利于窄微通道和寬驅(qū)動電極的協(xié)調(diào)使用；所述的驅(qū)動電極位于親水微通道的兩端，驅(qū)動電極部分位于親水微通道內(nèi)，部分嵌在疏水壩中；所述的雙性電極為U形，位于親水微通道中央，U形雙性電極的頂端和底部嵌在疏水壩中；U形雙性電極的陰、陽兩極以一定空間距離分開，這在一定程度上減少了陰、陽兩極上所發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的相互干擾；U形雙性電極中連接陰、陽兩極的部分(即U形雙性電極的底部)不在微通道內(nèi)，這有利于減少導(dǎo)電碳漿中有機成分對生化檢測可能產(chǎn)生的不利影響；所述的電極都是由導(dǎo)電碳漿制成；所述的驅(qū)動電極為矩形，且尺寸相同。上述布芯片的制備方法，包括如下步驟：(1)設(shè)計電極和微通道的圖案，制成相應(yīng)的電極網(wǎng)板和微通道網(wǎng)板；(2)將電極網(wǎng)板覆蓋在布片上方，并壓緊；(3)適量導(dǎo)電碳漿倒在電極網(wǎng)板上，并被網(wǎng)印到布片上；(4)將印有電極的布片從電極網(wǎng)板上取下，并放入80-120℃烘箱內(nèi)烘烤20-40min；烘烤完畢，布片在室溫下冷卻；(5)取印有電極的布片，將未直接印有碳電極的一面朝上，再將微通道網(wǎng)板放置其上方并壓緊；然后用固體蠟、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)板一并放置加熱板上，在60-150℃下加熱數(shù)秒，使蠟熔融滲入布片中，形成疏水蠟壩包圍而成的微通道；(6)將布片從微通道網(wǎng)板上分離，室溫下冷卻，得到O-U-BPE-ECL布芯片；步驟(1)中，微通道和電極的圖案優(yōu)選采用AdobeIllstrator設(shè)計；步驟(2)中，所述的布片優(yōu)選白色平紋全棉布；步驟(4)中，碳電極網(wǎng)印到布片上后，布片與電極網(wǎng)板是粘貼在一起的；步驟(5)中，蠟涂抹、碾磨后，布片和微通道網(wǎng)板是粘貼在一起的；且蠟熔融滲入布片后，布片和微通道網(wǎng)板仍是粘貼在一起的。上述的布芯片用于檢測H2O2和葡萄糖；檢測過程包括如下步驟：(1)將布芯片固定在一個硬質(zhì)塑料墊片上，這一方面便于固定芯片且保持平整；另一方面防止微通道中滴加的測試液與載物臺接觸而造成污染；所述墊片對應(yīng)于微通道的區(qū)域要求是挖空的，使微通道懸空，避免對微通道內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)生不利影響；(2)用鱷魚夾和導(dǎo)電膠布將陽性驅(qū)動電極和陰性驅(qū)動電極分別連接到直流電源的正極和負極，并一起放入到暗箱中可調(diào)節(jié)載物臺上；調(diào)節(jié)布芯片位置和CCD(ChargeCoupledDevice，電感耦合器件)焦距使得電腦屏幕上清晰顯示芯片圖像；設(shè)置CCD相關(guān)參數(shù)(如拍照間隔、曝光時間等)；(3)往微通道中加入測試液，等待數(shù)秒鐘后測試液充滿整個微通道；啟動CCD自動拍照模式；(4)接通電源對布芯片施加驅(qū)動電壓以觸發(fā)O-U-BPE-ECL；采用CCD實時成像ECL過程；對于每個數(shù)據(jù)點，做多次重復(fù)實驗；(5)實時拍攝的O-U-BPE-ECL圖像以JPEG格式保存；采用美圖秀秀軟件將圖片裁剪成包含整個雙性電極陽極發(fā)光區(qū)域的、總像素點為150像素×250像素的圖片；采用MatlabR2012a(MathWorkscompany,USA)開發(fā)的圖像自動處理程序軟件對圖片進行平均灰度值測量以得到最大平均灰度值的圖片；將最大平均灰度值乘以總像素點表示整張發(fā)光圖的光密度值；所得數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin軟本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種布芯片，襯底是布片；布芯片上有三個電極，居中的是雙性電極，位居兩側(cè)的是驅(qū)動電極；疏水壩圍成的區(qū)域是親水微通道；其特征在于：所述的親水微通道為啞鈴形；所述的驅(qū)動電極位于親水微通道的兩端，驅(qū)動電極部分位于親水微通道內(nèi)，部分嵌在疏水壩中；所述的雙性電極為U形，位于親水微通道中央，U形雙性電極的頂端和底部嵌在疏水壩中。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種布芯片，襯底是布片；布芯片上有三個電極，居中的是雙性電極，位居兩側(cè)的是驅(qū)動電極；疏水壩圍成的區(qū)域是親水微通道；其特征在于：所述的親水微通道為啞鈴形；所述的驅(qū)動電極位于親水微通道的兩端，驅(qū)動電極部分位于親水微通道內(nèi)，部分嵌在疏水壩中；所述的雙性電極為U形，位于親水微通道中央，U形雙性電極的頂端和底部嵌在疏水壩中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布芯片，其特征在于：所述的電極都是由導(dǎo)電碳漿制成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布芯片，其特征在于：所述的驅(qū)動電極為矩形，且尺寸相同。4.權(quán)利要求1-3任一項所述布芯片的制備方法，其特征在于包括如下步驟：(1)設(shè)計電極和微通道的圖案，制成相應(yīng)的電極網(wǎng)板和微通道網(wǎng)板；(2)將電極網(wǎng)板覆蓋在布片上方，并壓緊；(3)將導(dǎo)電碳漿倒在電極網(wǎng)板上，并被網(wǎng)印到布片上；(4)將印有電極的布片從電極網(wǎng)板上取下，并放入80-120℃烘箱內(nèi)烘烤20-40min；烘烤完畢，布片在室溫下冷卻；(5)取印有電極的布片，將未直接印有碳電極的一面朝上，再將微通道網(wǎng)板放置其上方并壓緊；然后用固體蠟、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)板一并放置加熱板上，在60-150℃下加熱數(shù)秒，使蠟熔融滲入布片中，形成疏水蠟壩包圍而成的微通道；(6)將布片從微通道網(wǎng)板上分離，室溫下冷卻，得到O-U-BPE-ECL布芯片。5.權(quán)利要求1-3任一項所述的布芯片在檢測過氧化氫和葡萄糖中的應(yīng)用。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的布芯片在檢測過氧化氫和葡萄糖中的應(yīng)用，其特征在于包括如下步驟：(1)將布芯片固定在一個硬質(zhì)塑料墊片上；所述墊片對應(yīng)于微通道的區(qū)域是挖空的，使微通道懸空；(2)用鱷魚夾和導(dǎo)電膠布將陽性...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：章春筍，劉敏，
申請(專利權(quán))人：華南師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44