基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明共開了一種基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置，包括用于儲(chǔ)存反應(yīng)試劑并發(fā)生反應(yīng)的微型暗室和用于儲(chǔ)存檢測物并發(fā)生氧化還原反應(yīng)的儲(chǔ)液池，所述微型暗室和儲(chǔ)液池之間分別設(shè)有雙極電極和電信號(hào)施加單元，其中所述雙極電極的一端封裝在微型暗室底部內(nèi)腔、另一端伸入儲(chǔ)液池內(nèi)，同時(shí)所述電信號(hào)施加單元的正極通過一驅(qū)動(dòng)電極伸入儲(chǔ)液池內(nèi)，負(fù)極通過一驅(qū)動(dòng)電極與微型暗室頂部相連。該基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置將分別放置的檢測物和信號(hào)分子聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)液池內(nèi)的氧化還原反應(yīng)以電子形式傳遞至微型暗室內(nèi)，并產(chǎn)生光信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的電化學(xué)發(fā)光信號(hào)相應(yīng)，極大的提高了檢測的靈敏度和可靠性。
【專利說明】
基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電致化學(xué)發(fā)光是一種基于電化學(xué)的以電激發(fā)的光信號(hào)為度量的分析方法，是指反應(yīng)試劑在電極表面發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生激發(fā)態(tài)，當(dāng)其回到基態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象。它在繼承了電化學(xué)靈敏度高，可控性好等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，降低了電化學(xué)的背景信號(hào)影響，從而進(jìn)一步提升了檢測靈敏度。通過控制條件，更可將檢測結(jié)果可視化呈現(xiàn)，拓寬了分析檢測的范圍，已成功用于多種金屬離子、生物小分子、癌癥標(biāo)記物、細(xì)胞等物質(zhì)的檢測。雙極電極是一段置于外加電場中的導(dǎo)體，受外加電場極化而產(chǎn)生陰陽兩極。雙極電極在電致化學(xué)發(fā)光領(lǐng)域的引入，可以有效地將檢測目標(biāo)物和信號(hào)分子隔離開，在無干擾的條件下通過信號(hào)端光信號(hào)的測定實(shí)現(xiàn)對檢測端的間接檢測。
[0003]傳統(tǒng)的電致化學(xué)發(fā)光裝置，受限于發(fā)光強(qiáng)度弱的影響，必須隔絕外界光源。此外在傳統(tǒng)的電化學(xué)發(fā)光裝置中，光信號(hào)產(chǎn)生部分和待分析樣品不是相對獨(dú)立的，所有電極、待分析樣品和儲(chǔ)存反應(yīng)試劑的器皿都必須同處在同一個(gè)暗室中；通常實(shí)驗(yàn)須在搭建的大型暗室中進(jìn)行，所有電極必須在大型暗室中，很難在光照條件下用電極進(jìn)行觀察性實(shí)驗(yàn)。不僅儀器笨重、操作繁瑣，影響因素多，對分析者的操作和待分析樣品的狀態(tài)要求也較高；同時(shí)，對微小的或需要精確定位的樣品，抑或是生物體內(nèi)診斷，傳統(tǒng)的電致化學(xué)發(fā)光檢測裝置難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測定，具有很大的局限性。
[0004]目前的電致化學(xué)發(fā)光檢測裝置都是儀器靶向性，而非目標(biāo)靶向性。為了實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的檢測，須對樣品或者樣品載體進(jìn)行加工和預(yù)處理。傳統(tǒng)裝置對雙極電極，在電極選擇上有時(shí)有著嚴(yán)格的要求。例如在常用下采光系統(tǒng)中，滴涂樣品的電極須具有很好的透光性才能保證光信號(hào)不衰減。這樣的檢測過程導(dǎo)致對樣品及其載體加工的精度和平行性有很高的要求，甚至?xí)淖儤悠繁緛淼男蚊不驙顟B(tài)。
[0005]因此，亟待解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是一種具有較高的靈敏度和廣譜性、且設(shè)備輕便、操作簡單，能克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的全部電極反應(yīng)必須在大型暗室中進(jìn)行、不能進(jìn)行電極觀察性實(shí)驗(yàn)的基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置。
[0007]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所述的一種基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置，包括用于儲(chǔ)存反應(yīng)試劑并發(fā)生反應(yīng)的微型暗室和用于儲(chǔ)存檢測物并發(fā)生氧化還原反應(yīng)的儲(chǔ)液池，所述微型暗室和儲(chǔ)液池之間分別設(shè)有雙極電極和電信號(hào)施加單元，其中，所述雙極電極的一端封裝在微型暗室底部內(nèi)腔、另一端伸入儲(chǔ)液池內(nèi)，同時(shí)，所述電信號(hào)施加單元的正極通過一驅(qū)動(dòng)電極伸入儲(chǔ)液池內(nèi)，負(fù)極通過一驅(qū)動(dòng)電極與微型暗室頂部相連。
[0008]優(yōu)選的，所述微型暗室上還連接有用于采集微型暗室中產(chǎn)生的光信號(hào)的信號(hào)采集單元。該微型暗室為光電倍增管，可將微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
[0009]進(jìn)一步，該基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置還包括將采集的光信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的信號(hào)放大處理單元，該信號(hào)放大處理單元的一端與信號(hào)采集單元相連，另一端外接移動(dòng)終端并輸出數(shù)據(jù)。
[0010]其中，所述微型暗室為表面氧化發(fā)黑的中空狀結(jié)構(gòu)，該微型暗室的兩端由帶微孔的密封塞密封。密封塞可為為丁基橡膠塞。
[0011]優(yōu)選的，所述雙極電極包括由鉑絲、金絲、合金、石墨、碳纖維或玻璃管拉制而成的外壁裹覆有金屬薄層的紡錘形電極，該紡錘形電極除其兩端外還包覆有絕緣層。
[0012]發(fā)明原理:當(dāng)電信號(hào)施加單元的正負(fù)極通過驅(qū)動(dòng)電極施加電壓時(shí)，位于儲(chǔ)液池中的雙極電極上發(fā)生還原反應(yīng)，封裝在微型暗室內(nèi)的雙極電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，即雙極電極的兩端產(chǎn)生了電性相反的陰陽兩極，其中發(fā)生還原反應(yīng)的為陰極，發(fā)生氧化反應(yīng)的為陽極。電化學(xué)發(fā)光反應(yīng)會(huì)在雙極電極上產(chǎn)生，產(chǎn)生的光信號(hào)被信號(hào)采集單元收集。然后對信號(hào)進(jìn)行處理和輸出。在本發(fā)明中，雙極電極與微型暗室相組合的結(jié)構(gòu)將光信號(hào)產(chǎn)生部分和檢測物相互獨(dú)立開，使得光信號(hào)產(chǎn)生部分處在微型暗室中，檢測物本身無需避光;這就使得本裝置可以在光照環(huán)境中對檢測物進(jìn)行檢測。
[0013]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):首先該基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置有效的將電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極的結(jié)合一體，將分別放置的檢測物和信號(hào)分子(電致化學(xué)反應(yīng)試劑)聯(lián)系起來，避免了檢測物和反應(yīng)試劑混合所帶來的污染，施加電壓后伸入儲(chǔ)液池內(nèi)的雙極電極的一端為陰極，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，而封裝在微型暗室內(nèi)的雙極電極的一端為陽極，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，雙極電極的陰極端的電化學(xué)響應(yīng)改變會(huì)影響通過雙極電極的電流密度，通過識(shí)別雙極電極陽極端的電致化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度變化可以實(shí)現(xiàn)對檢測端目標(biāo)物濃度的標(biāo)定，極大的提高了檢測的靈敏度和可靠性;其次通過微型暗室、雙極電極、驅(qū)動(dòng)電極和電信號(hào)施加單元的合理布置且集成為一體，使其總質(zhì)量不到60g，可實(shí)現(xiàn)宏、微觀目標(biāo)靶向性原位精確檢測;再者，雙極電極的一極可以在光照條件下進(jìn)行探測實(shí)驗(yàn)，可以在無避光環(huán)境下進(jìn)行光信號(hào)檢測，信號(hào)可靠，用途廣泛，經(jīng)濟(jì)效益高；最后雙極電極為可替換型雙極電極，可根據(jù)檢測物的不同尺寸和不同位置目標(biāo)的原位實(shí)時(shí)檢測選擇不同型號(hào)的雙極電極，可以為不同的檢測體系提供一種可在光照環(huán)境中進(jìn)行檢測的有效方案，提高該分析裝置的適用范圍，進(jìn)一步增強(qiáng)其廣譜性。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置的原理示意圖；
[0016]圖3為使用本發(fā)明基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置進(jìn)行雙氧水檢測的結(jié)果關(guān)系圖；
[0017]圖4為使用本發(fā)明基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置進(jìn)行葡萄糖檢測的結(jié)果關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置包括用于儲(chǔ)存電致化學(xué)反應(yīng)試劑并發(fā)生電致化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的微型暗室1、雙極電極2、用于儲(chǔ)存檢測物并發(fā)生氧化還原反應(yīng)的儲(chǔ)液池3、電信號(hào)施加單元4、驅(qū)動(dòng)電極5、信號(hào)采集單元6、信號(hào)放大處理單元7。其中，電信號(hào)施加單元為電化學(xué)工作站或直流可調(diào)電源，信號(hào)采集單元6、信號(hào)放大處理單元7均可外購獲得。本發(fā)明中使用的微型暗室I為中空狀結(jié)構(gòu)，可為鋁材微型暗室，其表面氧化發(fā)黑形成微型暗室。該微型暗室I的兩端由帶微孔的密封塞密封住。與電信號(hào)施加單元負(fù)極相連接的驅(qū)動(dòng)電極5通過密封塞微孔插入微型暗室頂部并伸入微型暗室內(nèi)腔與反應(yīng)試劑接觸，微型暗室I的底部的密封塞微孔上插有雙極電極2，該雙極電極2的一端封裝在微型暗室I內(nèi)與反應(yīng)試劑相接觸、另一端伸入儲(chǔ)液池3內(nèi)與檢測物接觸。封裝在微型暗室內(nèi)的、且發(fā)生氧化反應(yīng)的雙極電極的一端為陽極端，伸入儲(chǔ)液池內(nèi)、且發(fā)生還原反應(yīng)的雙極電極的一端為陰極端。本發(fā)明的雙極電極2包括由鉑絲、金絲、合金、石墨、碳纖維或玻璃管拉制而成的外壁裹覆有金屬薄層的紡錘形電極，該紡錘形電極除其兩端外還包覆有絕緣層。本發(fā)明中的雙極電極的陽極端和陰極端長度相同，驅(qū)動(dòng)電極5與雙極電極的陽極端在微型暗室I中形成一雙電極電解體系。在上述微型暗室I的下方還設(shè)有用于儲(chǔ)存檢測物并發(fā)生氧化還原反應(yīng)的儲(chǔ)液池3，儲(chǔ)液池3和電信號(hào)施加單元4的正極之間連接有驅(qū)動(dòng)電極5，該驅(qū)動(dòng)電極5與從微型暗室底部伸入儲(chǔ)液池中的雙極電極2的陰極端在儲(chǔ)液池3中形成一雙電極電解體系。通過雙極電極2使得兩個(gè)雙電極電解體系串聯(lián)耦合，產(chǎn)生相應(yīng)的電化學(xué)發(fā)光信號(hào)響應(yīng)。該分析裝置將分別放置的檢測物和信號(hào)分子(電致化學(xué)反應(yīng)試劑)聯(lián)系起來，避免了檢測物和反應(yīng)試劑混合所帶來的污染，施加電壓后儲(chǔ)液池內(nèi)為陰極，其發(fā)生還原反應(yīng)，而微型暗室內(nèi)發(fā)生氧化反應(yīng)，即儲(chǔ)液池內(nèi)的氧化還原反應(yīng)以電子形式傳遞至微型暗室內(nèi)，并產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的電化學(xué)發(fā)光信號(hào)相應(yīng)，極大的提高了檢測的靈敏度和可靠性。
[0020]上述微型暗室I還具有微型暗室采光窗口，該微型暗室采光窗口上還連接有用于采集微型暗室中雙極電極2上產(chǎn)生的光信號(hào)的信號(hào)采集單元6。該微型暗室I為光電倍增管，可將微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
[0021]本發(fā)明中所采集到的光信號(hào)需經(jīng)過信號(hào)放大處理單元7，先將光電倍增管輸出的納安級(jí)弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，再經(jīng)運(yùn)算放大器進(jìn)行放大并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)再外接移動(dòng)終端(如手機(jī)、電腦、iPad等)將數(shù)據(jù)輸出。
[0022]實(shí)施例1
[0023]本發(fā)明方法在實(shí)施過程中使用的試劑包括:30%過氧化氫溶液，0.0IM磷酸鹽緩沖液(PBS，pH 7.4),反應(yīng)試劑為1.0mM的聯(lián)吡啶釕(Ru (bpy) 32+)與5.0mM的三正丙胺(TPA)混合溶液。使用的裝置包括一套基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置。
[0024]利用本裝置在光亮環(huán)境中，可以實(shí)現(xiàn)對不同濃度過氧化氫溶液的快速檢測。
[0025]本方法的具體實(shí)施流程如下:
[0026]步驟I:系列濃度過氧化氫的配制
[0027]用0.0lM PBS溶液將原濃度過氧化氫逐級(jí)稀釋為10-3M、10-4M、10-5M、10-6M、10-7M和10-8M的過氧化氫溶液。
[0028]步驟2:不同濃度過氧化氫ECL信號(hào)的檢測
[0029]在儲(chǔ)液池中加入0.0lM PBS溶液，并將正極驅(qū)動(dòng)電極和雙極電極檢測端置于溶液中。通過電信號(hào)施加單元在驅(qū)動(dòng)電極上施加外加電壓，方法采用循環(huán)伏安法(CV)，電壓范圍為0.2-2.4V，掃描速度為0.1V/S。同時(shí)，打開信號(hào)采集單元，采集ECL信號(hào)并記錄下穩(wěn)定后的ECL信號(hào)，該信號(hào)即背景信號(hào)。按照上述方法依次對10-8M至10-3M過氧化氫溶液進(jìn)行檢測，記錄下不同濃度過氧化氫溶液下的穩(wěn)定ECL信號(hào)，從而獲得ECL信號(hào)-H2O2濃度關(guān)系圖，發(fā)現(xiàn)ECL信號(hào)強(qiáng)度與雙氧水濃度的對數(shù)值呈線性關(guān)系。
[0030]實(shí)施例2:
[0031 ]本發(fā)明方法在實(shí)施過程中使用的試劑包括:葡萄糖，葡萄糖氧化酶溶液，0.0lM磷酸鹽緩沖液(PBS，pH7.4)，反應(yīng)試劑為1.0mM的聯(lián)吡啶釕(Ru (bpy) 32+)與5.0mM的三正丙胺(TPA)混合溶液。使用的裝置包括一套基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置。
[0032]利用本裝置在光亮環(huán)境中，可以實(shí)現(xiàn)對不同濃度葡萄糖溶液的原位快速檢測。
[0033]本方法的具體實(shí)施流程如下:
[0034]步驟I:系列濃度葡萄糖的配制
[0035]用0.0lM?85作為溶劑配制10-31、10-4]?、10-51、10-61、10-7]\1和10-81的葡萄糖溶液。
[0036]步驟2:不同濃度葡萄糖溶液ECL信號(hào)的檢測
[0037]在儲(chǔ)液池中加入2.0mL 0.0lM PBS溶液，并在溶液中加入20 L葡萄糖氧化酶溶液，將正極驅(qū)動(dòng)電極和雙極電極檢測端置于溶液中。通過電信號(hào)施加單元在驅(qū)動(dòng)電極上施加外加電壓，方法采用循環(huán)伏安法(CV)，電壓范圍為0.2-2.4V，掃描速度為0.1V/S。同時(shí)，打開信號(hào)采集單元，采集ECL信號(hào)并記錄下穩(wěn)定后的ECL信號(hào)，該信號(hào)即背景信號(hào)。按照上述方法，依次對10-8M至10-3M葡萄糖溶液進(jìn)行檢測，記錄下不同濃度葡萄糖溶液的穩(wěn)定ECL信號(hào)，從而獲得ECL信號(hào)-葡萄糖濃度關(guān)系圖，發(fā)現(xiàn)ECL信號(hào)強(qiáng)度與葡萄糖濃度的對數(shù)值呈線性關(guān)系。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置，其特征在于:包括用于儲(chǔ)存反應(yīng)試劑并發(fā)生反應(yīng)的微型暗室(I)和用于儲(chǔ)存檢測物并發(fā)生氧化還原反應(yīng)的儲(chǔ)液池(3)，所述微型暗室(I)和儲(chǔ)液池(3)之間分別設(shè)有雙極電極(2)和電信號(hào)施加單元(4)，其中所述雙極電極(2)的一端封裝在微型暗室(I)底部內(nèi)腔、另一端伸入儲(chǔ)液池(3)內(nèi)，同時(shí)所述電信號(hào)施加單元(4)的正極通過一驅(qū)動(dòng)電極(5)伸入儲(chǔ)液池(3)內(nèi)，負(fù)極通過一驅(qū)動(dòng)電極(5)與微型暗室(I)頂部相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置，其特征在于:所述微型暗室(I)上還連接有用于采集微型暗室中產(chǎn)生的光信號(hào)的信號(hào)采集單元(6)ο3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置，其特征在于:所述微型暗室(I)為光電倍增管。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置，其特征在于:還包括將采集的光信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的信號(hào)放大處理單元(7)，該信號(hào)放大處理單元(7)的一端與信號(hào)采集單元(6)相連，另一端外接移動(dòng)終端并輸出數(shù)據(jù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置，其特征在于:所述微型暗室(I)為表面氧化發(fā)黑的中空狀結(jié)構(gòu)，該微型暗室(I)的兩端由帶微孔的密封塞密封。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電致化學(xué)發(fā)光技術(shù)和雙極電極構(gòu)造的分析裝置，其特征在于:所述雙極電極(2)包括由鉑絲、金絲、合金、石墨、碳纖維或玻璃管拉制而成的外壁裹覆有金屬薄層的紡錘形電極，該紡錘形電極除其兩端外還包覆有絕緣層。
【文檔編號(hào)】G01N21/76GK105866107SQ201610444634
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】潘建斌, 施海蔚, 徐靜娟, 陳洪淵
【申請人】南京大學(xué)