[发明专利]基于液滴微流控的铂黑修饰电极生物传感器的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于液滴微流控的铂黑修饰电极生物传感器制备方法，及其在葡萄糖氧化酶活性检测和酶抑制分析中的应用，属于分析化学领域。

背景技术

液滴微流控是近年来在微流控芯片中发展起来的一种操纵微小体积液体的技术。液滴作为微反应器，将反应物和产物限制在一个狭小的空间内，能够有效控制扩散；在流动的液滴内部存在着复杂的三维运动，能够加速混合，提高反应速度；产物在液滴内部不断的累积，在液滴辖制的小体积内可以达到很高的浓度，能够提高检测的灵敏度。因此，液滴系统正被广泛应用于各种生化反应的研究中，包括反应动力学研究、高通量筛选、单细胞分析、材料合成等。

液滴分析技术对于液滴微流控的发展起到至关重要的作用。目前液滴微流控系统中常用的检测方法主要有荧光，毛细管电泳，质谱和拉曼光谱等。这些分析技术操作相对较为复杂，并且需要较大体积或昂贵的仪器设备。电化学检测具有灵敏度高，外部设备小等优点，非常符合微流控系统微型化集成化的要求。电化学检测方法将电极作为传感器，直接将液滴中的化学信号转换为电信号。但是，由于两相的复杂性，电化学检测技术在液滴微流控系统中的应用还比较少。迄今为止, 液滴微流控系统中，电化学检测主要被用来监测反应动力学和研究液滴的流动行为。这些系统都一般都选用常规无修饰电极，由于液滴微小体积的限制，电极与待测物接触面积较小，相应的检测灵敏度受到限制。最近有科研工作者将高灵敏的修饰电极用于单细胞活性分析，用于有酶葡萄糖检测，以及无酶葡萄糖检测。但是，这些系统采用的都是较大体积的静止液滴。因此，需要发展一种适合于小体积液滴连续在线分析的电化学传感系统。

纳米材料由于具有较好的生物兼容性和电化学催化活性，被广泛的应用于微电极的修饰和传感器的构建中。通过对电极表面进行物理或化学修饰可以有效提高其检测性能和应用领域。在众多的纳米材料中，金属纳米颗粒是在生物传感器的构建中应用最为广泛的一种纳米材料。铂黑，是通过电沉积方法形成的纳米铂金属层，具有良好的电催化能力和优越的生物兼容性，可以用于提高生物传感器的灵敏度。

发明内容

针对现有液滴分析技术存在的不足，本发明提供一种高灵敏的基于铂黑修饰电极的液滴电化学分析方法，目的是通过在微铂电极上电镀一层铂黑，提高液滴微流控系统中电化学检测的灵敏度，并基于此在液滴微流控系统中建立一种可用于酶反应动力学研究和酶抑制分析的生物电化学传感器。

液滴微流控系统中铂黑修饰电极的生物传感器的制备及其在酶活性检测中的应用，实现本发明的技术方案是：

1. 基于液滴微流控系统铂黑修饰电极的生物传感器的制备

a.裸铂电极的配置及预处理：取长2 cm, 直径100 μm的铂丝，缠绕在长5 cm, 直径100 μm的铜丝上，并用导电胶固定，作为裸铂电极；将该电极放入 0.1 M 的硫酸中以Ag/AgCl电极作为参比电极，铂电极为对电极，在-0.2～1.45 V范围内扫循环伏安进行活化，扫速为 500 mv/s，扫描 40 圈, 用去离子水洗净；

b.铂黑修饰微电极的制备：利用恒电位技术将铂黑电沉积在上述处理好的裸铂电极上，电沉积溶液为0.1 M KCl, 2 mM H₂PtCl₆和1 mMPb(Ac)₂溶液，Pb(Ac)₂作为晶体生长促进剂，沉积电位为-0.1 V, 沉积时间为10 min；将修饰后的电极在-0.2～1.45 V范围内扫循环伏安进行活化，扫速为 500 mv/s，扫描 40 圈, 用去离子水洗净，并储存在去离子水中备用。

c.铂黑修饰电极生物传感器的制备：将由上述方法制备所得的铂黑修饰电极与微流控芯片结合组装。微流控芯片是一种结合了液滴浓度梯度生成和电化学检测的芯片装置，其是由具有上下两层结构的微流控芯片组成，所用材质为聚二甲基硅氧烷（PDMS）。微流控芯片下层是平板基片，厚度约3 mm；上层是含有通道的盖片，包括150μm深，300μm宽的液流通道和100μm深，100μm宽的电极通道厚度约4 mm；上下两层基片相对封接，形成底层封闭的微通道网络；最后将铂黑修饰电极以及Ag/AgCl准参比电极插入电极微通道中，并用环氧胶固定。

2、本发明所述的生物传感器的用途和应用方法包括有：