一种纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片及其在电化学免疫传感器中的应用

摘要

本发明提供了一种纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片及其在电化学免疫传感器中的应用。本发明利用光刻蚀技术并结合三电极系统，制备多通道ITO电极，再采用电沉积方法修饰纳米金粒子，获得多通道ITO阵列电极芯片。本发明的多通道ITO阵列电极芯片可应用于电化学免疫传感器，具体可用于抗坏血酸、多巴胺等生物小分子和亚硝酸盐等物质的快速检测，可实现多组分物质的同时测定。

说明书

技术领域

本发明属于电化学免疫传感器领域，涉及一种纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片及其在电化学免疫传感器中的应用。

背景技术

随着生活水平的日益提高，人们对食品安全，商品质量控制，药物质量、残留控制，环境检测等与民生息息相关的各个领域提出了更高的要求，同时也对快速、灵敏、可靠的仪器检测手段赋予了更高的期望。因此，各国科研工作者都投入了大量的人力、物力发展具有高通量，高选择性，分析快速，样品用量少，方便携带，可进行现场分析的新型的检测手段和方法来满足社会的需求。

电化学分析方法相比于其它分析方法，不仅具有高的选择性和灵敏性，而且仪器小巧，便携，价格低廉。特别是电化学分析中的电极选材广泛，设计自由，并且可通过选择特定材料，或制备一次性使用的可抛型电极来大大降低电极的制作和使用成本。另外对电极表面有目的的修饰也可大大增加测定的灵敏度和选择性。而若能将多个电极组合起来，形成多个检测通道的集成，不仅能保持单电极的灵敏、快速等的特点，而且能实现对多个样品的同时检测，可极大提高分析方法的检测速度和通量，满足复杂样品的分析要求，并能进一步降低检测成本。

铟锡金属氧化物(ITO，Indium Tin Oxides)导电玻璃是一种良好的导电材料，它在生物芯片和微流控器件的设计上已被广泛应用。ITO导电玻璃价格低廉，较其它电极材料加工性能好，膜层硬度高，耐磨且抗化学腐蚀，可应用于环境科学、医学和生命科学等方面的研究。

ITO导电玻璃具有较好的表面被修饰能力，可通过对ITO电极的表面进行适当修饰来提高电极灵敏度和选择性。通过多通道或电极阵列等的设计，结合流动技术，可以实现多组分同时测定和连续检测，在环境检测，医学检验和其它分析领域都有很强的适用性。

综上所述，本发明提供了一种ITO多通道阵列芯片，并将其应用于电化学免疫传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片。

本发明提供的多通道ITO阵列电极芯片在同一电极上集成有八个工作电极，并具有共用的一个参比电极和一个辅助电极；其中八个工作电极具有相似的电极性质，可用于多组分物质的同时测定。

多通道ITO阵列电极芯片包括电极基底和电极修饰层，其中电极基底为ITO电极，电极修饰层为纳米金修饰层，修饰于工作电极，参比电极修饰银-氯化银，辅助电极修饰铂。

本发明的另一目的是提供一种纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片的制备方法。

具体包括以下步骤：

S1、利用光刻蚀技术，制备多通道ITO电极；

S2、采用电沉积方法对多通道ITO电极进行表面改性，制备纳米金粒子修饰的多通道ITO阵列电极芯片。

进一步，所述步骤S1中，多通道ITO电极的制备方法具体为：

电极材料清洗：将ITO玻璃在无水乙醇、二次水中各超声清洗5min，在室温下自然晾干；

匀胶：将清洗过的ITO玻璃导电的一面放在匀胶机上进行光刻胶的旋涂，光刻胶预涂速度为1800rpm，时间为18s，涂胶速度为3000rpm，时间为30s；

前烘：将完成光刻胶旋涂的ITO玻璃置于90℃烘箱内加热烘烤20min；

曝光：将蒙板覆盖到经过前烘处理的ITO玻璃上，置于紫外灯下曝光7min；

显影：将曝光后的ITO玻璃置于0.25％NaOH溶液中显影处理3min；

坚膜：将显影后的ITO玻璃置于120℃的烘箱中，坚膜处理15min；

腐蚀去胶：将坚膜后的ITO玻璃置于体积比为6∶100∶100的硝酸-盐酸-水溶液中进行腐蚀，在超声辅助下腐蚀处理6min，再用乙醇和二次水超声波清洗。

进一步，所述步骤S2中，电沉积方法具体为：以多通道ITO电极的工作电极为工作电极，外接铂丝作为辅助电极、银-氯化银作为参比电极，将多通道ITO电极置入含有0.2MNa

如附图1所示，为本发明制备的多通道可抛型ITO阵列电极芯片模板示意图。从图中可看出，多通道ITO阵列电极芯片具有均匀分布的八个工作电极，以及一个参比电极和一个辅助电极，构成了多集成式的八电极系统。

如附图2所示，为本发明制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片的SEM图。从图中可看出，多通道ITO纳米阵列电极芯片表面修饰的金纳米粒子大小在200nm左右，金在ITO电极表面沉积的过程中形成金纳米簇，呈雪花状，其大小大约为1μm，均匀分布在ITO电极表面。由此可见，本发明制备的纳米金粒子电沉积在ITO电极表面，形成较均匀金纳米簇修饰电极表面，可用于构建电化学传感器。

本发明的另一目的是提供一种纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片在电化学免疫传感器中的应用。

本发明提供的多通道ITO阵列电极芯片可用于制备电化学免疫传感器，并用于生物小分子的测定，如抗坏血酸、多巴胺等；还可用于水体和食品中特定物质的测定，如亚硝酸盐等，并可实现多组分物质的同时测定。

如附图3所示，为本发明制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片测定抗坏血酸的(a)循环伏安曲线图和(b)抗坏血酸浓度与氧化峰电流的线性关系图，其中图3(a)为0M抗坏血酸和2mM抗坏血酸分别在多通道ITO阵列电极芯片上的电化学曲线，图3(b)为0～10mM抗坏血酸在PBS缓冲液(pH＝7.0)中的循环伏安曲线及线性关系图。从图中可看出，抗坏血酸具有一个不可逆的氧化峰，峰电位为1.3V，峰电流大小与抗坏血酸浓度成正比。说明本发明准备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片可用于抗坏血酸的测定。

如附图4所示，为本发明制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片测定亚硝酸盐的循环伏安曲线图，具体为1×10

如附图5所示，为本发明制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片的多组分检测循环伏安曲线图，具体为在芯片中央滴加约0.3mL的铁氰化钾溶液进行检测。从图中可看出，在八个工作电极上能同时得到铁氰化钾探针的循环伏安响应，且这些响应的峰电流大小基本一致，氧化还原峰电流之比近似为1，说明本发明制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片具有良好的电极性能，且八根工作电极之间具有相似的电极性质，可用于多组分物质的同时测定。

本发明利用光刻蚀技术并结合三电极系统，制备多通道ITO电极，再采用电沉积方法修饰纳米金粒子，获得多通道ITO阵列电极芯片。本发明的多通道ITO阵列电极芯片可应用于电化学免疫传感器，具体可用于抗坏血酸、多巴胺等生物小分子和亚硝酸盐等物质的快速检测，可实现多组分物质的同时测定。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用光刻蚀技术和电沉积法在ITO电极表面修饰纳米金粒子，并设计了多通道ITO阵列集成传感芯片，大幅提高检测灵敏度和选择性的同时，令其可实现多组分物质的同时测定。

(2)本发明制备的多通道ITO阵列电极芯片可应用于生物小分子抗坏血酸、多巴胺以及亚硝酸盐等物质的检测，可用于电化学免疫传感器、生物医疗传感领域。

(3)本发明制备工艺简单，检测方法易于操作，实现了可控制地、可重复地、方便地加工纳米材料电极，且制备的ITO阵列电极为一次性可抛型，成本较低，工艺简单，可结合小型电化学工作站进行现场测定，方便快捷，有利于产业化。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它附图。

图1是本发明制备的多通道可抛型ITO阵列电极芯片模板示意图；

图2是本发明制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片的SEM图；

图3是本发明制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片测定抗坏血酸的(a)循环伏安曲线图和(b)抗坏血酸浓度与氧化峰电流的线性关系图；

图4是本发明制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片测定亚硝酸盐的循环伏安曲线图；

图5是本发明制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片的多组分检测循环伏安曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，结合以下具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

实施例1

一种纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片的制备：

S1、利用光刻蚀技术，制备多通道ITO电极：

电极材料清洗：将ITO玻璃在无水乙醇、二次水中各超声清洗5min，在室温下自然晾干；

匀胶：将清洗过的ITO玻璃导电的一面放在匀胶机上进行光刻胶的旋涂，光刻胶预涂速度为1800rpm，时间为18s，涂胶速度为3000rpm，时间为30s；

前烘：将完成光刻胶旋涂的ITO玻璃置于90℃烘箱内加热烘烤20min；

曝光：将蒙板覆盖到经过前烘处理的ITO玻璃上，置于紫外灯下曝光7min；

显影：将曝光后的ITO玻璃置于0.25％NaOH溶液中显影处理3min；

坚膜：将显影后的ITO玻璃置于120℃的烘箱中，坚膜处理15min；

腐蚀去胶：将坚膜后的ITO玻璃置于体积比为6∶100∶100的硝酸-盐酸-水溶液中进行腐蚀，在超声辅助下腐蚀处理6min，再用乙醇和二次水超声波清洗。

S2、以多通道ITO电极的工作电极为工作电极，外接铂丝作为辅助电极、银-氯化银作为参比电极，将多通道ITO电极置入含有0.2M Na

实施例2

一种纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片的制备：

S1、利用光刻蚀技术，制备多通道ITO电极：

电极材料清洗：将ITO玻璃在无水乙醇、二次水中各超声清洗5min，在室温下自然晾干；

匀胶：将清洗过的ITO玻璃导电的一面放在匀胶机上进行光刻胶的旋涂，光刻胶预涂速度为1800rpm，时间为18s，涂胶速度为3000rpm，时间为30s；

前烘：将完成光刻胶旋涂的ITO玻璃置于90℃烘箱内加热烘烤20min；

曝光：将蒙板覆盖到经过前烘处理的ITO玻璃上，置于紫外灯下曝光7min；

显影：将曝光后的ITO玻璃置于0.25％NaOH溶液中显影处理3min；

坚膜：将显影后的ITO玻璃置于120℃的烘箱中，坚膜处理15min；

腐蚀去胶：将坚膜后的ITO玻璃置于体积比为6∶100∶100的硝酸-盐酸-水溶液中进行腐蚀，在超声辅助下腐蚀处理6min，再用乙醇和二次水超声波清洗。

S2、以多通道ITO电极的工作电极为工作电极，外接铂丝作为辅助电极、银-氯化银作为参比电极，将多通道ITO电极置入含有0.2M Na

实施例3

一种纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片的制备：

S1、利用光刻蚀技术，制备多通道ITO电极：

电极材料清洗：将ITO玻璃在无水乙醇、二次水中各超声清洗5min，在室温下自然晾干；

匀胶：将清洗过的ITO玻璃导电的一面放在匀胶机上进行光刻胶的旋涂，光刻胶预涂速度为1800rpm，时间为18s，涂胶速度为3000rpm，时间为30s；

前烘：将完成光刻胶旋涂的ITO玻璃置于90℃烘箱内加热烘烤20min；

曝光：将蒙板覆盖到经过前烘处理的ITO玻璃上，置于紫外灯下曝光7min；

显影：将曝光后的ITO玻璃置于0.25％NaOH溶液中显影处理3min；

坚膜：将显影后的ITO玻璃置于120℃的烘箱中，坚膜处理15min；

腐蚀去胶：将坚膜后的ITO玻璃置于体积比为6∶100∶100的硝酸-盐酸-水溶液中进行腐蚀，在超声辅助下腐蚀处理6min，再用乙醇和二次水超声波清洗。

S2、以多通道ITO电极的工作电极为工作电极，外接铂丝作为辅助电极、银-氯化银作为参比电极，将多通道ITO电极置入含有0.3M Na

实施例4

纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片对抗坏血酸的测定：

将实施例1制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片置入含有分别含有0mM和2mM抗坏血酸的PBS缓冲溶液(pH＝7.0)，进行循环伏安测试，得到附图3。

将实施例1同批制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片置入PBS缓冲液(pH＝7.0)中，并逐滴加入抗坏血酸，其浓度范围为0～10mM，进行循环伏安测试，得到附图4，图中线性相关系数为0.995。

对纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片的可靠性进行测试。

取常规维生素C片一片，置于研钵中快速研碎，用蒸馏水快速溶解并定容，每片维生素C片所得样品溶液分别编号测试，其规格相同，使用加标回收的方法进行测试每个样品溶液在相同条件下连续测试两次，得到下表1。

表1.多通道ITO阵列电极芯片的可靠性测试

以上数据表明，本发明制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片测定抗坏血酸时的回收率在96.7％～106.5％之间，其可靠性较高。

对纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片的重复性进行测试。

将实施例1制备的同一个多通道ITO阵列电极芯片对不同浓度的抗坏血酸溶液(使用VC片样品溶液)分别重复测定7次，其中样品C中抗坏血酸浓度为0.1079mM，样品D中抗坏血酸浓度为0.3885mM，测试得到下表2。

表2.多通道ITO阵列电极芯片的重复性测试(组间相对标准偏差)

以上数据表明，本发明制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片测定低浓度的抗坏血酸的相对平均偏差在4.9％～16.3％之间，测定高浓度的抗坏血酸的相对平均偏差在2.9％～5.8％之间，其重现性较高。

将实施例1同一批次制备的7枚多通道ITO阵列电极芯片样品D进行重复测定以测试其重复性，测试得到下表3。

表3.多通道ITO阵列电极芯片的重复性测试(批间相对标准偏差)

以上数据表明，本发明制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片的制备重复性的批间相对平均偏差在4.8％～7.1％之间，具有优秀的重复性。

实施例5

纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片对亚硝酸盐的测定：

将实施例1制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片置入含有1×10

实施例6

纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片性能测试：

在实施例1制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片中央滴加约0.3mL的铁氰化钾溶液，采用循环伏安法进行检测，得到附图5。结果表明，在八个工作电极上能同时得到铁氰化钾探针的循环伏安响应，且这些响应的峰电流大小基本一致，氧化还原峰电流之比近似为1，说明本发明制备的纳米金修饰的多通道ITO阵列电极芯片具有良好的电极性能，且八根工作电极之间具有相似的电极性质，可用于多组分物质的同时测定。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经过适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。本发明中所未详细描述的技术细节，均可通过本领域中的任一现有技术实现。特别的，本发明中所有未详细描述的技术特点均可通过任一现有技术实现。