一種電位型紙芯片及其制備和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及化學(xué)、生物與電子信息科學(xué)，具體涉及一種電位型紙芯片及其制備和應(yīng)用。紙芯片由載體組成的雙層孔道體系，下層載體上設(shè)置電極體系；所述電極體系為粘附敏感膜的工作電極和參比電極或粘附敏感膜的工作電極、參比電極和對(duì)電極。本發(fā)明具有便攜化、試劑消耗量低、成本低廉、重現(xiàn)性好、易于操作，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)檢測(cè)和家庭化疾病快速診斷等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種電位型紙芯片及其制備和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學(xué)、生物與電子信息科學(xué)，具體涉及一種電位型紙芯片及其制備和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]微流控紙芯片技術(shù)是當(dāng)前儀器分析的研宄熱點(diǎn)，該技術(shù)主要以分析化學(xué)和生物化學(xué)為基礎(chǔ)，應(yīng)用于化學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、免疫分析、疾病診斷、細(xì)胞分析等眾多領(lǐng)域。近年來(lái)，關(guān)于紙芯片的研宄越來(lái)越多，各種檢測(cè)手段應(yīng)運(yùn)而生一比色檢測(cè)，電化學(xué)檢測(cè)，光學(xué)檢測(cè)等。目前，基于電位檢測(cè)分析的紙芯片研宄鮮有關(guān)注。僅有的文獻(xiàn)報(bào)道中(Anal.Chem.2014, 86，9548-9553)，工作區(qū)域與參比區(qū)域通過(guò)接觸帶相連。由于強(qiáng)的毛細(xì)作用的存在，參比溶液以及工作溶液容易相互干擾，從而影響測(cè)定的準(zhǔn)確度。此外，工作電極以及參比電極之間類似鹽橋的接觸帶的存在增加了芯片的復(fù)雜性。
[0003]電位型紙芯片是通過(guò)測(cè)定待測(cè)溶液的電位值，實(shí)現(xiàn)待測(cè)物濃度檢測(cè)的一種分析方法。聚合物膜離子選擇性電極是一種成本低廉、操作簡(jiǎn)單的電位檢測(cè)方法。它具有操作簡(jiǎn)便、響應(yīng)快速、設(shè)備價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，特別適合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以及大批樣品的檢測(cè)，已廣泛應(yīng)用于全血、血清、尿、組織、細(xì)胞內(nèi)液及其稀釋液中各種電解質(zhì)離子的直接測(cè)定。隨著低檢出限聚合物膜離子選擇性電極的發(fā)展，近年來(lái)該技術(shù)的發(fā)展形成一種新的浪潮。其中固體接觸式電極是該技術(shù)發(fā)展較快的領(lǐng)域。固體接觸式電極不僅能夠降低電極檢出限、響應(yīng)時(shí)間短、耐用且易于小型化和集成化。但現(xiàn)階段仍無(wú)將兩種技術(shù)相結(jié)合的方式。此外，三維(3D)電位型紙芯片尚無(wú)報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種電位型紙芯片及其制備和應(yīng)用。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案為:
[0006]一種電位型紙芯片，紙芯片由載體組成的雙層孔道體系，下層載體上設(shè)置電極體系;
[0007]所述電極體系為粘附敏感膜的工作電極和參比電極或粘附敏感膜的工作電極、參比電極和對(duì)電極。
[0008]所述聚合物敏感膜由聚合物基體材料、增塑劑、離子交換劑和離子載體按重量份數(shù)比為20-40:40-80:0.1-10:0.1-10的比例混合，而后融入到四氫呋喃或異氟二酮溶液中，攪拌使之成為均勻溶液，混均后在室溫下放置12-24h，即得到有彈性的聚合物敏感膜；所述聚合物基體材料為聚氯乙烯、聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚醚酰亞胺、橡膠、溶膠凝膠膜、甲基丙烯酸甲酯-葵基甲基丙烯酸甲酯共聚物或丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸羥乙酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；增塑劑為鄰-硝基苯辛醚、二-2-乙基己基癸酯、癸二酸二丁酯或癸二酸二辛酯；離子交換劑為四(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸鈉，二壬基萘磺酸、二壬基萘磺酸鹽、硼酸鹽、3-十二烷基氯化銨或四(十二烷基)_四(4-氯苯基)硼酸銨；離子載體為各種重金屬離子、無(wú)機(jī)陰離子、無(wú)機(jī)陽(yáng)離子、有機(jī)離子特異性結(jié)合的化合物或聚合物。
[0009]所述工作電極和對(duì)電極導(dǎo)電基底材料均可為碳基材料、金屬基材料或?qū)щ姼叻肿硬牧匣祝?br> [0010]其中，碳基材料為碳基底、碳納米管修飾基底、石墨烯修飾基底、C60修飾基底，多孔碳修飾基底、碳絲網(wǎng)印刷電極基底，碳纖維基底或碳化硅基底；金屬基材料為金基底、銅基底、銀基底、鉑基底、氧化銦錫基底、氧化鋅基底、硅基底、多孔金基底、金納米修飾基底、鉑納米修飾基底、金絲網(wǎng)印刷電極基底或二硫化鉬基底；導(dǎo)電高分子材料基底為3-烷基噻吩基底，聚吡咯基底、聚噻吩基底、聚苯胺基底、聚乙炔基底、聚正辛基噻吩基底、六聚噻吩基底或聚乙撐二氧噻吩基底。
[0011]參比電極的基底材料為銀/氯化銀、銀/氯化銀/氯化鉀/聚氯乙烯、銀/氯化銀/氯化鉀/聚丁基丙烯酸酯、銀/氯化銀/氯化鉀/聚丙烯酸丁酯、銀/氯化銀/氯化鉀/聚醚酰亞胺、銀/氯化銀/氯化鉀/橡膠、銀/氯化銀/氯化鉀/甲基丙烯酸甲酯-葵基甲基丙烯酸甲酯共聚物、銀/氯化銀/氯化鉀/丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸羥乙酯共聚物、銀/氯化銀/氯化鉀/聚多巴胺、銀/氯化銀/氯化鉀/全氟化磺酸酯、銀/氯化銀/氯化鉀/溶膠凝膠或銀/氯化銀/氯化鉀/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。為提高聚合物敏感膜和參比電極穩(wěn)定性，可在電極基底和敏感膜之間滴涂或沉積導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料包括:3-烷基噻吩基底，聚吡咯基底、聚噻吩基底、聚苯胺基底、聚乙炔基底、聚正辛基噻吩基底、六聚噻吩基底或聚乙撐二氧噻吩基底。
[0012]一種電位型紙芯片的制備方法:
[0013]1)設(shè)計(jì)電化學(xué)檢測(cè)的疏水區(qū)域和親水區(qū)域，黑色部分是疏水區(qū)，白色部分是親水電化學(xué)檢測(cè)電極修飾區(qū)以及待檢測(cè)加樣區(qū)域；
[0014]2)設(shè)計(jì)與步驟1)匹配的相應(yīng)的電極體系圖案；
[0015]3)剪裁好適當(dāng)載體，通過(guò)打印機(jī)噴蠟方式將步驟1)的圖案打印到載體上；
[0016]4)將步驟2)電極體系的圖案通過(guò)印刷或滴涂的方式鋪設(shè)于載體的相應(yīng)位置上，而后將載體折疊形成上下兩層覆蓋，即形成電位型紙芯片；其中，上層為打印有步驟1)設(shè)計(jì)的圖案，下層為電極體系。
[0017]所述紙芯片圖案可以根據(jù)檢測(cè)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。從單一參數(shù)到多參數(shù)。從單一通道到多通道。從單層載體到多層載體。
[0018]所述載體為濾紙或硝酸纖維素紙。
[0019]所述紙芯片中下層載體電極體系膜修飾區(qū)域作為加樣測(cè)量區(qū)域；加樣測(cè)量區(qū)域由上層載體親水電化學(xué)檢測(cè)待檢測(cè)加樣區(qū)域覆蓋。
[0020]其中，待檢測(cè)加樣區(qū)域可設(shè)計(jì)為孔或在載體上指定其相應(yīng)的位置靠載體自身滲透作用使待檢測(cè)樣品滲透到加樣測(cè)量區(qū)域。
[0021]所述下層載體電極體系中參比電極的電解液流通區(qū)域設(shè)于參比電極連接處；
[0022]或，下層載體電極體系中參比電極區(qū)域先滴涂或浸泡在電解液中而后干燥，干燥后再鋪設(shè)參比電極。
[0023]所述電解液為飽和氯化鉀溶液或固定濃度的氯化鉀溶液。
[0024]一種電位型紙芯片的應(yīng)用，所述紙芯片在現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)定量和/定性的檢測(cè)多種目標(biāo)離子中的應(yīng)用。
[0025]所述紙芯片的電極體系相應(yīng)電極與電化學(xué)工作站或離子計(jì)中相應(yīng)電極相連，將待檢測(cè)樣品滴加在所述紙芯片親水待檢測(cè)加樣區(qū)域，打開(kāi)電化學(xué)工作站，檢測(cè)待檢測(cè)加樣區(qū)域中的待檢測(cè)樣品電位變化，根據(jù)電位變化信號(hào)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線測(cè)得檢測(cè)樣品濃度。
[0026]所述紙芯片電極體系中聚合物敏感修飾的工作電極為用于指示被測(cè)物質(zhì)濃度的相關(guān)電位；參比電極為用于提供測(cè)量電位參考；對(duì)電極為用于使其與工作電極形成回路，以施加外電流。其中工作電極、參比電極和對(duì)電極分別與電位檢測(cè)裝置相連。
[0027]當(dāng)采用工作電極和參比電極兩電極體系時(shí)，直接進(jìn)行開(kāi)路電位測(cè)量；當(dāng)采用工作電極、參比電極和對(duì)電極三電極體系時(shí)既可采用開(kāi)路電位測(cè)量亦可采用計(jì)時(shí)電位測(cè)量。
[0028]測(cè)定樣品時(shí)，在參比電極的電解液流通區(qū)域內(nèi)加入飽和氯化鉀溶液。待測(cè)樣品滴加至待檢測(cè)加樣區(qū)域并透過(guò)至加樣測(cè)量區(qū)域，采用外接電位檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)目標(biāo)物在聚合物敏感膜工作電極電位響應(yīng)的測(cè)定。電位測(cè)定可采用開(kāi)路電位分析和計(jì)時(shí)電位分析。利用電位響應(yīng)與濃度的關(guān)系實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物質(zhì)的定性及定量檢測(cè)。
[0029]本方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0030]1.本發(fā)明紙芯片在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工作電極、參比電極以及對(duì)電極的工作區(qū)域經(jīng)被測(cè)待檢測(cè)加樣區(qū)域完全覆蓋加樣后，加樣區(qū)域在同一區(qū)域，從而避免了鹽橋的使用。參比電極電解液的加入，能夠通過(guò)濾紙的滲透作用，與待測(cè)溶液連通，保證了參比電極的電位穩(wěn)定，簡(jiǎn)化了電極的制備過(guò)程。
[0031]2.本發(fā)明發(fā)展了一種新型紙芯片的電位檢測(cè)技術(shù)，首次采用固體接觸式電極作為指示電極。該電極具有響應(yīng)速度快、檢出限低、耐用且易于小型化和集成化等特點(diǎn)。
[0032]3.本發(fā)明發(fā)展了一種三維的電位型紙芯片，設(shè)計(jì)更加靈活多樣。
[0033]4.本發(fā)明電位紙芯片檢測(cè)技術(shù)具有通用性。通過(guò)改變工作電極上黏附的聚合酶敏感膜組分和材料，能夠用于多種待測(cè)物的分析。
[0034]5.本發(fā)明將紙芯片和聚合物敏感膜電位檢測(cè)相結(jié)合，可根據(jù)需要進(jìn)行不同的圖案化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)快速、高通量電位檢測(cè)，將其具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的兩電極單一參數(shù)電位紙芯片示意圖；其中1為疏水區(qū)域，2-8為親水區(qū)域，2為工作電極基底修飾區(qū)域，3為參比電極基底修飾區(qū)域，4為聚合物敏感膜修飾區(qū)域，5為參比電極膜修飾區(qū)域，6為電解液流通區(qū)域，7為電解液加樣區(qū)域，8為待測(cè)液加樣區(qū)域。
[0036]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的兩參數(shù)電位紙芯片示意圖。
[0037]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的三參數(shù)電位紙芯片示意圖。
[0038]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的三電極單一參數(shù)電位紙芯片示意圖。
[0039]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的電位型紙芯片制備過(guò)程示意圖。
[0040]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的紙芯片電位檢測(cè)鉀離子的電位實(shí)時(shí)響應(yīng)曲線(A)及標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(B)。
[0041]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的紙芯片電位檢測(cè)鈣離子的電位實(shí)時(shí)響應(yīng)曲線(A)及標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(B)。
[0042]圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的紙芯片電位檢測(cè)肝素離子的計(jì)時(shí)電位實(shí)時(shí)響應(yīng)曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0043]實(shí)施例1:微流控芯片的制作
[0044]紙質(zhì)微流控芯片是將紙質(zhì)芯片(濾紙、硝酸纖維素紙或其它材質(zhì))通過(guò)打印機(jī)噴蠟或其它方式產(chǎn)生疏水和親水區(qū)域，實(shí)現(xiàn)芯片的圖案化設(shè)計(jì)。通過(guò)圖案設(shè)計(jì)，打印單一參數(shù)-兩電極體系(如圖1所示)、兩參數(shù)紙芯片(如圖2所示)以及三參數(shù)紙芯片(如圖3所示)、單一參數(shù)-三電極體系(如圖4所示)。
[0045]以單一參數(shù)-兩電極體系為例，其制備過(guò)程如圖5所示。首先在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)電化學(xué)三維微流控紙芯片的疏水蠟批量打印圖案以及匹配的電極批量印刷圖案；其中，設(shè)計(jì)電化學(xué)檢測(cè)的疏水區(qū)域和親水區(qū)域，黑色部分是疏水區(qū)(1)，白色部分是親水電化學(xué)檢測(cè)電極修飾區(qū)以及待檢測(cè)加樣區(qū)域(2-8);其次將裁好的A4濾紙放置到噴蠟打印機(jī)中，蠟批量打印圖案；進(jìn)一步將上述帶有蠟圖案的濾紙放置到平板加熱器或烘箱中，在60-150°C攝氏度下加熱0.5-2分鐘；而后采用絲網(wǎng)印刷方法，或滴涂方法將工作電極、參比電極、對(duì)電極負(fù)載到相應(yīng)的電極區(qū)域。而后濾紙折疊實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)上下兩層覆蓋，上層為打印有步驟1)設(shè)計(jì)的圖案，下層為電極體系的工作電極和參比電極，其中，工作電極由工作電極基底修飾區(qū)域2和聚合物敏感膜修飾區(qū)域4構(gòu)成，所述聚合物敏感膜修飾區(qū)域4位于工作電極基底修飾區(qū)域2端頭，并涂覆聚合物敏感膜；參比電極由參比電極基底修飾區(qū)域3和參比電極膜修飾區(qū)域5構(gòu)成，所述參比電極膜修飾區(qū)域5位于參比電極基底修飾區(qū)域3端頭；聚合物敏感膜修飾區(qū)域4和參比電極膜修飾區(qū)域5作為加樣測(cè)量區(qū)域，加樣測(cè)量區(qū)域經(jīng)上層載體親水電化學(xué)檢測(cè)待檢測(cè)加樣區(qū)域8完全覆蓋。其中，待檢測(cè)加樣區(qū)域可設(shè)計(jì)為孔或在載體上指定其相應(yīng)的位置靠載體自身滲透作用使待檢測(cè)樣品滲透到工作區(qū)域。工作電極以碳漿為導(dǎo)電基底，參比電極為銀/氯化銀漿。參比電極的電解液流通區(qū)域6連接于參比電極基底修飾區(qū)域上，位置可根據(jù)濾紙的滲透性隨意調(diào)整，滲透率低電解液流通區(qū)域6越接近參比電極基底表面參比電極膜修飾區(qū)域5;或，下層載體電極體系中參比電極區(qū)域先滴涂或浸泡在電解液中而后干燥，干燥后再鋪設(shè)參比電極。工作電極和參比電極與電位檢測(cè)裝置相連，電極產(chǎn)生電位響應(yīng)，依據(jù)電位響應(yīng)實(shí)現(xiàn)待測(cè)樣品檢測(cè)。所述電解液為飽和氯化鉀溶液或固定濃度的氯化鉀溶液。
[0046]上述紙芯片制備過(guò)程中的圖案可以根據(jù)檢測(cè)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)其中的單一參數(shù)可變?yōu)槎鄥?shù)，從單一通道到多通道，從單層載體到多層載體。實(shí)施例2:電位型紙芯片用于鉀離子的檢測(cè)
[0047]根據(jù)實(shí)施例1記載的微流控紙芯片制備方式獲得圖1所示的電位型紙芯片，利用該單一參數(shù)-兩電極體系的紙芯片檢測(cè)鉀離子，具體為:
[0048]稱取200mg聚合物敏感膜組分，其中按重量百分比計(jì)，離子交換劑四(3，5_ 二(三氟甲基)苯基)硼酸鈉(KTFPB):1%，離子載體:纈氨霉素(1nophore):0.2%，聚氯乙烯(PVC):33%，增塑劑癸二酸二丁酯(DOS):66%。將上述組分融入lmL新蒸四氫呋喃，攪拌均勻。將20微升敏感膜組分涂布于工作電極區(qū)域，待敏感膜揮發(fā)干后，加入100微升10_3MK+于測(cè)量區(qū)域，活化電極敏感膜1小時(shí)，以超純水洗膜，所得紙芯片待用?；蛘邔⒛そM分融入到四氫呋喃溶液中，攪拌使之成為均勻溶液，混均后在室溫下放置12_24h，即得到有彈性的聚合物敏感膜；將所述聚合物敏感膜用打孔器取直徑0.4-1.0cm的聚合物敏感膜，將聚合物敏感膜在10_3M K+溶液中活化后，用四氫呋喃溶液將其黏附于工作電極測(cè)量區(qū)域。
[0049]將活化好的電位型紙芯片與電化學(xué)工作相連，實(shí)現(xiàn)電極電位的測(cè)量。依次在測(cè)量區(qū)域加入10_2-10_6M的K+標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定電極開(kāi)路電位響應(yīng)(如圖6A所示)，依據(jù)電極電位響應(yīng)測(cè)到標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(如圖6B所示)。待測(cè)樣品加入測(cè)量區(qū)域，測(cè)得電極電位響應(yīng)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線得到待測(cè)樣品中鉀離子的濃度。
[0050]實(shí)施例3:電位型紙芯片用于鈣離子的檢測(cè)
[0051]根據(jù)實(shí)施例1記載的微流控紙芯片制備方式獲得圖1所示的電位型紙芯片，利用該單一參數(shù)-兩電極體系的紙芯片檢測(cè)鈣離子，具體為:
[0052]稱取200mg聚合物敏感膜組分，其中離子交換劑四(3，5_ 二(三氟甲基)苯基)硼酸鈉(KTFPB):1%，離子載體N, N, N'，N'-四[環(huán)己基]二甘醇酸二酰胺(1nophore):0.2%，聚氯乙烯(PVC):33%，增塑劑癸二酸二丁酯(DOS):66%。將上述膜組分融入lmL新蒸四氫呋喃，攪拌均勻。將20微升敏感膜組分涂布于工作電極區(qū)域，待敏感膜揮發(fā)干后，加入100微升10_3M Ca2+于測(cè)量區(qū)域，活化電極敏感膜1小時(shí)，以超純水洗膜，所得紙芯片待用。
[0053]將活化好的電位型紙芯片與離子計(jì)相連，實(shí)現(xiàn)電極電位的測(cè)量。依次在測(cè)量區(qū)域加入10-2-10_6M的Ca2+標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定電極電位響應(yīng)(如圖7A所示)，依據(jù)電極電位響應(yīng)測(cè)到標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(如圖7B所示)。待測(cè)樣品加入測(cè)量區(qū)域，測(cè)得電極電位響應(yīng)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線得到待測(cè)樣品中鈣離子的濃度。
[0054]實(shí)施例4:電位型紙芯片用于肝素的檢測(cè)
[0055]根據(jù)實(shí)施例1記載的微流控紙芯片制備方式獲得圖4所示的電位型紙芯片，利用該單一參數(shù)一三電極電位紙芯片檢測(cè)肝素，具體為:
[0056]稱取lOOmg聚合物敏感膜組分，其中離子交換劑二壬基萘磺酸鹽_3_十二烷基氯化銨復(fù)合物(TDMAC-DNNS)10%，聚氯乙烯(PVC):33%，增塑劑癸二酸二丁酯(DOS):66%,將上述膜組分融入lmL新蒸四氫呋喃，攪拌均勻。將20微升敏感膜組分涂布于工作電極區(qū)域，待敏感膜揮發(fā)干后，加入100微升pH 7.4Tris-HCl含有0.12M NaCl于測(cè)量區(qū)域，活化電極敏感膜1小時(shí)，以超純水洗膜，所得紙芯片待用。
[0057]將活化好的電位型紙芯片與電化學(xué)工作相連，實(shí)現(xiàn)電極電位的測(cè)量(如圖8所示)。電極采用計(jì)時(shí)電位和計(jì)時(shí)電流相結(jié)合的檢測(cè)技術(shù)。其中計(jì)時(shí)電位測(cè)得參數(shù)依次為:電流為0微安，時(shí)間為1秒，陽(yáng)極電流-5微安，時(shí)間為1秒，計(jì)時(shí)電流的參數(shù)為:電位值為芯片電極的開(kāi)路電位，恒電位測(cè)量時(shí)間為120秒。電極循環(huán)三次。依次在測(cè)量區(qū)域加入0.l-100U/mL的肝素標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定電極計(jì)時(shí)電位響應(yīng)，依據(jù)電極電位響應(yīng)測(cè)到標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。待測(cè)樣品加入測(cè)量區(qū)域，測(cè)得電極電位響應(yīng)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線得到待測(cè)樣品中肝素的濃度。
[0058]實(shí)施例5:電位型紙芯片用于礦泉水中鉀、鈣離子的檢測(cè)
[0059]根據(jù)實(shí)施例1記載的微流控紙芯片制備方式獲得圖1所示的電位型紙芯片，利用該單一參數(shù)-兩電極體系的紙芯片檢測(cè)鉀、鈣離子，具體為:
[0060]稱取200mg聚合物敏感膜組分，其中按重量百分比計(jì)，離子交換劑四(3，5_ 二(三氟甲基)苯基)硼酸鈉(KTFPB):1%，離子載體:纈氨霉素(1nophore):0.2%，聚氯乙烯(PVC):33%，增塑劑癸二酸二丁酯(DOS):66%。將上述組分融入lmL新蒸四氫呋喃，攪拌均勻。將20微升敏感膜組分涂布于工作電極區(qū)域，待敏感膜揮發(fā)干后，加入100微升10_3MK+于測(cè)量區(qū)域，活化電極敏感膜1小時(shí)，以超純水洗膜。然后加入100微升10 _6M K+于測(cè)量區(qū)域，活化電極敏感膜15分鐘，所得紙芯片待用。
[0061]稱取200mg聚合物敏感膜組分，其中按重量百分比計(jì)，離子交換劑四(3，5_ 二(三氟甲基)苯基)硼酸鈉(KTFPB):1%，離子載體N，N，f ,N/ -四[環(huán)己基]二甘醇酸二酰胺(1nophore):0.2%，聚氯乙烯(PVC):33%，增塑劑癸二酸二丁酯(DOS):66%o將上述膜組分融入lmL新蒸四氫呋喃，攪拌均勻。將20微升敏感膜組分涂布于工作電極區(qū)域，待敏感膜揮發(fā)干后，加入100微升10_3M Ca2+于測(cè)量區(qū)域，活化電極敏感膜1小時(shí)，以超純水洗膜，所得紙芯片待用。
[0062]選取農(nóng)夫山泉礦泉水為待測(cè)樣品。取礦泉水樣品，分別加入已知濃度的鉀，測(cè)定樣品中加入1_5m，1_45m，1_4m鉀時(shí)的電極電位響應(yīng)，依據(jù)電極電位響應(yīng)得到電極測(cè)定鉀離子的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。在電極測(cè)量區(qū)域加入100微升的樣品，測(cè)定電極電位響應(yīng)，依據(jù)電極電位響應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，得到礦泉水樣品中鉀離子的濃度。采用相同分析方法得到礦泉水樣品中鈣離子的濃度。其中鉀離子濃度為2.22X10_5M，鈣離子的濃度為5.32X10_5M。
【權(quán)利要求】
1.一種電位型紙芯片，其特征在于:紙芯片由載體組成的雙層孔道體系，下層載體上設(shè)置電極體系； 所述電極體系為粘附敏感膜的工作電極和參比電極或粘附敏感膜的工作電極、參比電極和對(duì)電極。
2.按權(quán)利要求1所述的電位型紙芯片，其特征在于: 所述聚合物敏感膜由聚合物基體材料、增塑劑、離子交換劑和離子載體按重量份數(shù)比為20-40:40-80:0.1-10:0.1-10的比例混合，而后融入到四氫呋喃或異氟二酮溶液中，攪拌使之成為均勻溶液，混均后在室溫下放置12_24h，即得到有彈性的聚合物敏感膜；所述聚合物基體材料為聚氯乙烯、聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚醚酰亞胺、橡膠、溶膠凝膠膜、甲基丙烯酸甲酯-葵基甲基丙烯酸甲酯共聚物或丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸羥乙酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯醋共聚物；增塑劑為鄰-硝基苯辛醚、二-2-乙基己基癸醋、癸二酸二丁酯或癸二酸二辛酯；離子交換劑為四(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸鈉，二壬基萘磺酸、二壬基萘磺酸鹽、硼酸鹽、3-十二烷基氯化銨或四(十二烷基)_四(4-氯苯基)硼酸銨；離子載體為重金屬離子、無(wú)機(jī)陰離子、無(wú)機(jī)陽(yáng)離子、有機(jī)離子以及聚離子特異性結(jié)合的化合物或聚合物。
3.—種權(quán)利要求1所述的電位型紙芯片的制備方法，其特征在于: 1)設(shè)計(jì)電化學(xué)檢測(cè)的疏水區(qū)域和親水區(qū)域，黑色部分是疏水區(qū)，白色部分是親水電化學(xué)檢測(cè)電極修飾區(qū)以及待檢測(cè)加樣區(qū)域； 2)設(shè)計(jì)與步驟I)匹配的相應(yīng)的電極體系圖案； 3)剪裁好適當(dāng)載體，通過(guò)打印機(jī)噴蠟方式將步驟I)的圖案打印到載體上； 4)將步驟2)電極體系的圖案通過(guò)印刷或滴涂的方式鋪設(shè)于載體的相應(yīng)位置上，而后將載體折疊形成上下兩層覆蓋，即形成電位型紙芯片；其中，上層為打印有步驟I)設(shè)計(jì)的圖案，下層為電極體系。
4.按權(quán)利要求3所述的電位型紙芯片的制備方法，其特征在于:所述載體為濾紙或硝酸纖維素紙。
5.按權(quán)利要求3所述的電位型紙芯片的制備方法，其特征在于: 所述紙芯片中下層載體電極體系膜修飾區(qū)域作為加樣測(cè)量區(qū)域；加樣測(cè)量區(qū)域由上層載體親水電化學(xué)檢測(cè)待檢測(cè)加樣區(qū)域覆蓋。
6.按權(quán)利要求3所述的電位型紙芯片的制備方法，其特征在于: 所述下層載體電極體系中參比電極的電解液流通區(qū)域設(shè)于參比電極連接處； 或，下層載體電極體系中參比電極區(qū)域先滴涂或浸泡在電解液中而后干燥，干燥后再鋪設(shè)參比電極。
7.按權(quán)利要求6所述的電位型紙芯片的制備方法，其特征在于: 所述電解液為飽和氯化鉀溶液或固定濃度的氯化鉀溶液。
8.—種權(quán)利要求1所述的電位型紙芯片的應(yīng)用，其特征在于:所述紙芯片在現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)定量和/定性的檢測(cè)多種目標(biāo)離子中的應(yīng)用。
9.按權(quán)利要求8所述的電位型紙芯片的應(yīng)用，其特征在于:所述紙芯片的電極體系相應(yīng)電極與電化學(xué)工作站或離子計(jì)中相應(yīng)電極相連，將待檢測(cè)樣品滴加在所述紙芯片親水待檢測(cè)加樣區(qū)域，打開(kāi)電化學(xué)工作站，檢測(cè)待檢測(cè)加樣區(qū)域中的待檢測(cè)樣品電位變化，根據(jù)電位變化信號(hào)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線測(cè)得檢測(cè)樣品濃度。
【文檔編號(hào)】G01N27/26GK104483360SQ201410742746
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】丁家旺, 李博偉, 秦偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所