比率型電化學(xué)發(fā)光紙芯片的制備及在鉛離子檢測(cè)中的應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種比率型電化學(xué)發(fā)光紙芯片的制備方法及所述的三維紙基設(shè)備在鉛離子檢測(cè)中的應(yīng)用。通過蠟打印技術(shù)在紙芯片上制備工作區(qū)，并印制三電極，進(jìn)而對(duì)工作區(qū)功能化，經(jīng)過層層修飾，在工作區(qū)滴加含有H2O2的磷酸鹽緩沖溶液，連接電化學(xué)工作站，實(shí)現(xiàn)Pb2+的高靈敏、便攜式檢測(cè)。
【專利說明】
比率型電化學(xué)發(fā)光紙芯片的制備及在鉛離子檢測(cè)中的應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電化學(xué)發(fā)光檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說是一種適合于鉛離子檢測(cè)的三維紙芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)平臺(tái)的構(gòu)建。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境污染問題日益突出，大氣污染、土壤污染、水污染等問題接踵而至。重金屬離子，如Pb2+，Hg2+等是引起水體污染的主要原因之一，它不僅會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響，而且對(duì)人類健康構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。例如，長期暴露在富含Pb2+環(huán)境中，會(huì)損害人類的中樞系統(tǒng)，甚至?xí)p害人的大腦、肺、腎臟等器官，因此檢測(cè)重金屬離子意義重大。目前，重金屬離子的檢測(cè)方法主要有以下幾種，包括:分光光度法、電位滴定法、色譜法、熒光方法、電化學(xué)方法、光電化學(xué)方法以及電化學(xué)發(fā)光方法等。在這些檢測(cè)方法中，電化學(xué)發(fā)光方法以其靈敏度高、線性范圍寬、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)備受科學(xué)家青睞。但是在普通的電化學(xué)發(fā)光檢測(cè)方法中，由于電極所處環(huán)境或儀器原因，容易使檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生假陽性，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度有待進(jìn)一步提尚。
[0003]比率型電化學(xué)發(fā)光檢測(cè)方法，是指在一次檢測(cè)中，引入兩種電化學(xué)發(fā)光試劑，通過控制電位，使兩種發(fā)光試劑在單次掃描過程中在不同電位下發(fā)光，目標(biāo)物的存在使兩種發(fā)光試劑發(fā)光強(qiáng)度發(fā)生變化，通過測(cè)定兩種發(fā)光試劑發(fā)光強(qiáng)度比值的變化，實(shí)現(xiàn)待測(cè)物質(zhì)的檢測(cè)。這種檢測(cè)方法能夠有效降低外在環(huán)境對(duì)檢測(cè)產(chǎn)生的影響，因此可以提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。
[0004]三維紙基設(shè)備，作為一種新興的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)平臺(tái)，廣泛應(yīng)用在生物樣品、醫(yī)藥、環(huán)境診斷等領(lǐng)域。這種紙基設(shè)備制備過程簡(jiǎn)單，所需紙?jiān)磧?chǔ)量豐厚且易于實(shí)現(xiàn)集成化及小型化。將比率型電化學(xué)發(fā)光方法與紙芯片結(jié)合，所得三維紙基電化學(xué)發(fā)光設(shè)備具有制備工藝簡(jiǎn)單，所需費(fèi)用低，便于攜帶，測(cè)定結(jié)果可信度高，有望在資源有限的偏遠(yuǎn)地區(qū)得到應(yīng)用，解決水體中重金屬離子檢測(cè)的瓶頸問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是制作一種操作簡(jiǎn)單、易于修飾和攜帶的三維比率型電化學(xué)發(fā)光紙芯片，以實(shí)現(xiàn)Pb2+的靈敏檢測(cè)。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的:三維比率型電化學(xué)發(fā)光紙芯片的制備及在鉛離子檢測(cè)中的應(yīng)用，其特征是包括以下步驟:
(1)在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)如附圖1所示的比率型電化學(xué)發(fā)光三維紙芯片的疏水蠟批量打印圖案；
(2)將紙片剪裁成常用A4大小的紙，將步驟(I)中設(shè)計(jì)的疏水蠟批量打印圖案打印到A4紙上，隨后將帶有蠟圖案的A4紙放置到烘箱中，150 °C加熱2 min，使蠟融化并浸透整個(gè)紙的厚度，形成疏水墻；
(3)采用絲網(wǎng)印刷的方法，將工作電極、參比電極、對(duì)電極印刷圖案依次印刷到步驟(2)中所得紙上，樣式如附圖2所示，其中右側(cè)為工作區(qū)，上面印有工作電極，左側(cè)為參比區(qū)，上面印有參比電極和對(duì)電極；
(4)對(duì)(3)中親水區(qū)域功能化，將CdS量子點(diǎn)功能化的DNA適配體鏈，定義為鏈I，其堿基序列如核苷酸序列表所示，固定在親水區(qū)域，隨后用巰基己醇封鎖活性位點(diǎn)，滴加磷酸鹽和H2O2組成的電解液，連接電化學(xué)工作站，在-1.5-1.0 V電位范圍內(nèi)，測(cè)定發(fā)光強(qiáng)度；
(5)將一定濃度的Pb2+的底物鏈，定義為鏈2，其堿基序列如核苷酸序列表所示，其中至左向右，第十個(gè)堿基，也就是堿基A代表腺嘌呤核糖核苷酸，和Pb2+的特異性DNA模擬酶鏈，定義為鏈3，其堿基序列如核苷酸序列表所示，按一定比例混合在一起，43 °C下反應(yīng)3 h;
(6)將一定濃度的Pb2+加入到步驟(5)所得混合液中，混勻，室溫下反應(yīng)30min；
(7)將步驟(6)中混合物滴加到步驟(4)所得紙芯片表面，室溫下孵育5h，二次水沖洗掉非特異性吸附的適配體鏈；
(8)將AuO魯米諾功能化的DNA適配體鏈，定義為鏈4，其堿基序列如核苷酸序列表所示，滴加到步驟(7)所得紙芯片表面，室溫下反應(yīng)，二次水沖洗掉非特異性吸附的適配體鏈，連接電化學(xué)工作站，再次測(cè)定發(fā)光強(qiáng)度；
(9)繪制兩次發(fā)光強(qiáng)度比率的變化與Pb2+濃度關(guān)系曲線，完成Pb2+的測(cè)定；
步驟(2)中所述的紙材料，其特征在于其為一級(jí)色譜紙；
步驟(4)中所述親水區(qū)域功能化，其特征在于:在紙芯片上生長Ag納米棒:向紙芯片表面滴加40 yL的Ag納米粒子的生長溶液，此溶液中包含15 mM的AgNO3和200 mM的抗壞血酸，室溫下反應(yīng)20 min，隨后用二次水沖洗表面，室溫下干燥即可。
[0007]步驟(4)中所述鏈I，其特征在于:其特定的堿基序列以及其5’端修飾上氨基，其3’端修飾上巰基。
[0008]步驟(8)中所述DNA鏈4，其特征在于:其特定的堿基序列以及其3’端修飾上巰基。
[0009]本發(fā)明的有益效果
(I)比率型電化學(xué)發(fā)光方法和紙芯片連用，具有便攜式、高靈敏等特點(diǎn)。
[0010](2)紙作為電化學(xué)發(fā)光檢測(cè)基底，具有原料豐富，便于攜帶，易于折疊等特點(diǎn)。
[0011](3)整個(gè)比率型紙基電化學(xué)發(fā)光器件制備過程簡(jiǎn)單，所需費(fèi)用低，有望在資源有限的偏遠(yuǎn)地區(qū)實(shí)現(xiàn)Pb2+的便攜式檢測(cè)。
【附圖說明】
[0012]圖1:三維紙芯片的疏水蠟批量打印圖案；
圖2:疏水蠟打印圖案上絲網(wǎng)印刷上工作電極、參比電極和對(duì)電極，其中，右側(cè)為工作電極，左側(cè)為參比和對(duì)電極。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了更好地理解本發(fā)明，下面通過實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0014]實(shí)施例1
一種比率型三維電化學(xué)發(fā)光紙芯片的制備及其在Pb2+檢測(cè)中的應(yīng)用:
(I)在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)比率型電化學(xué)發(fā)光三維紙芯片的疏水蠟批量打印圖案； (2)將紙片剪裁成常用A4大小的紙，將步驟(I)中設(shè)計(jì)的疏水蠟批量打印圖案打印到A4紙上，隨后將帶有蠟圖案的A4紙放置到烘箱中，150 °C加熱2 min，使蠟融化并浸透整個(gè)紙的厚度，形成疏水墻；
(3)采用絲網(wǎng)印刷的方法，將工作電極、參比電極、對(duì)電極印刷圖案依次印刷到步驟
(2)中所得紙上，其中右側(cè)為工作區(qū)，上面印有工作電極，左側(cè)為參比區(qū)，上面印有參比電極和對(duì)電極；
(4)對(duì)(3)中親水區(qū)域功能化，將CdS量子點(diǎn)功能化的DNA適配體鏈，定義為鏈I，固定在親水區(qū)域，隨后用巰基己醇封鎖活性位點(diǎn)，滴加磷酸鹽和H2O2組成的電解液，連接電化學(xué)工作站，在-1.5-1.0 V電位范圍內(nèi)，測(cè)定發(fā)光強(qiáng)度；
(5)將一定濃度的Pb2+的底物鏈，定義為鏈2，和Pb2+的特異性DNA模擬酶鏈，定義為鏈3，按一定比例混合在一起，43 °C下反應(yīng)3 h；
(6)將一定濃度的Pb2+加入到步驟(5)所得混合液中，混勻，室溫下反應(yīng)30min；
(7)將步驟(6)中混合物滴加到步驟(4)所得紙芯片表面，室溫下孵育5h，二次水沖洗掉非特異性吸附的適配體鏈；
(8)將AuO魯米諾功能化的DNA適配體鏈，定義為鏈4，滴加到步驟(7)所得紙芯片表面，室溫下反應(yīng)，二次水沖洗掉非特異性吸附的適配體鏈，連接電化學(xué)工作站，再次測(cè)定發(fā)光強(qiáng)度；
(9)繪制兩次發(fā)光強(qiáng)度比率的變化與Pb2+濃度關(guān)系曲線，完成Pb2+的測(cè)定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.比率型電化學(xué)發(fā)光紙芯片的制備及在鉛離子檢測(cè)中的應(yīng)用，其特征是包括以下步驟: (1)在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)比率型電化學(xué)發(fā)光三維紙芯片的疏水蠟批量打印圖案； (2)將紙片剪裁成常用A4大小的紙，將步驟(I)中設(shè)計(jì)的疏水蠟批量打印圖案打印到A4紙上，隨后將帶有蠟圖案的A4紙放置到烘箱中，150 °C加熱2 min，使蠟融化并浸透整個(gè)紙的厚度，形成疏水墻； (3)采用絲網(wǎng)印刷的方法，將工作電極、參比電極、對(duì)電極印刷圖案依次印刷到步驟(2)中所得紙上，其中右側(cè)為工作區(qū)，上面印有工作電極，左側(cè)為參比區(qū)，上面印有參比電極和對(duì)電極； (4)對(duì)(3)中親水區(qū)域功能化，將CdS量子點(diǎn)功能化的DNA適配體鏈，定義為鏈I，固定在親水區(qū)域，隨后用巰基己醇封鎖活性位點(diǎn)，滴加磷酸鹽和H2O2組成的電解液，連接電化學(xué)工作站，在-1.5-1.0 V電位范圍內(nèi)，測(cè)定發(fā)光強(qiáng)度； (5)將一定濃度的Pb2+的底物鏈，定義為鏈2，和Pb2+的特異性DNA模擬酶鏈，定義為鏈3，按一定比例混合在一起，43 °C下反應(yīng)3 h； (6)將一定濃度的Pb2+加入到步驟(5)所得混合液中，混勻，室溫下反應(yīng)30min； (7)將步驟(6)中混合物滴加到步驟(4)所得紙芯片表面，室溫下孵育5h，二次水沖洗掉非特異性吸附的適配體鏈； (8)將AuO魯米諾功能化的DNA適配體鏈，定義為鏈4，滴加到步驟(7)所得紙芯片表面，室溫下反應(yīng)，二次水沖洗掉非特異性吸附的適配體鏈，連接電化學(xué)工作站，再次測(cè)定發(fā)光強(qiáng)度； (9)繪制兩次發(fā)光強(qiáng)度比率的變化與Pb2+濃度關(guān)系曲線，完成Pb2+的測(cè)定； 步驟(2)中所述的紙材料，其特征在于其為一級(jí)色譜紙； 步驟(4)中所述親水區(qū)域功能化，其特征在于:在紙芯片上生長Ag納米棒:向紙芯片表面滴加40 yL的Ag納米粒子的生長溶液，此溶液中包含15 mM的AgNO3和200 mM的抗壞血酸，室溫下反應(yīng)20 min，隨后用二次水沖洗表面，室溫下干燥即可。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的比率型電化學(xué)發(fā)光紙芯片的制備及在鉛離子檢測(cè)中的應(yīng)用，其特征在于:權(quán)利要求1步驟(4)中所述鏈I特定的堿基序列以及其5’端修飾上氨基，其3’端修飾上巰基。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維紙基比率型電化學(xué)發(fā)光紙芯片的制備及在Pb2+檢測(cè)中的應(yīng)用，其特征在于:權(quán)利要求1步驟(8)中所述DNA鏈4特定的堿基序列以及其3’端修飾上疏基。
【文檔編號(hào)】G01N21/76GK106018390SQ201610346621
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】李麗, 張彥, 梁琳琳, 葛慎光, 劉海云, 于京華
【申請(qǐng)人】濟(jì)南大學(xué)