[发明专利]一种应用于非损伤微测系统的Zn2+

说明书

本发明涉及一种微电极，特别是一种应用于非损伤微测系统的Zn²⁺选择性微电极及其制备方法。电极包括锥形玻璃微电极管，锥形玻璃微电极管腔内填充有膜后灌充液，锥形玻璃微电极管尖端部注有Zn²⁺液态离子交换剂LIX，电极通过Ag/AgCl丝与非损伤微测系统连接。本发明通过非损伤微测系统可以实现对被测样品表面微观区域Zn²⁺浓度、流速及其运动方向等信息的实时、动态、无损检测，为生物和非生物材料表面Zn²⁺的微观过程和机制研究提供新的方法。

技术领域

本发明涉及一种微电极，特别是一种应用于非损伤微测系统的Zn²⁺选择性微电极及其制备方法。

背景技术

各种离子进出植物细胞的过程对于维持其自身活性至关重要，深入研究营养离子和胁迫离子在植物根际的微观过程及交互作用机制将有助于揭示植物适应逆境胁迫的生理机制，同时也可为农作物的安全生产技术创新提供科学依据。

对于植物吸收、转运金属离子的研究通常是以整个植物的器官或组织作为研究对象并通过化学分析其含量的方法^[1-3]。这些传统分析技术操作相对简单、易行，但同时也存在其局限性，主要表现在两方面：其一，对样本的破坏性，即先将植物组织干燥研磨处理后再通过化学分析的方法检测离子浓度，不能反映活体植物吸收金属离子的特性；其二，分析的时空分辨率低，其反映的是一定时间内整个根系对某种离子吸收浓度的平均值，无法实时测定植物根系微区离子的动态吸收过程。后来出现的同位素示踪、荧光显微成像技术和膜片钳技术等，虽然也在一定程度上可以对活体植物进行离子分布和运动规律的检测，但是这些方法普遍具有时间分辨率差的缺点。

非损伤微测技术(Non-invasive Micro-test Technique，NMT)是一种实时、动态测定活体材料的新技术，它通过测定进出材料的离子或分子的流速反映生命活动的规律，是生理功能研究的最佳工具之一^[4,5]。非损伤微测技术具有独特的分析时间(0.5s)和空间(2-5μm)分辨率，通过它可以实现对植物根际离子或分子微观过程的活体、实时、动态检测，能够对植物吸收、释放及转运离子或分子的根际过程机制形成更深入的理解和统一认识。

随着分析化学微传感器技术的不断发展，目前可以搭载非损伤微测系统使用的微电极有玻璃电极、碳丝电极和金属电极等类型；可以检测的离子或分子主要有H⁺、Ca²⁺、K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、Cd²⁺、 Pb²⁺、Cu²⁺及O₂、H₂O₂、CO₂、NO等^[6-16]；被测样品不仅仅局限于植物，也可以应用于细胞、动物等生命样品和金属材料、颗粒材料和膜材料等非生命样品。然而，目前已开发的可应用于非损伤微测系统的重金属离子选择性微电极种类并不多，仅有Cd²⁺、Pb²⁺、Cu²⁺三种。Zn作为一种植物生长的必需元素，其在高浓度时同样对植物产生明显的毒害作用^[17]。由于Zn²⁺选择性电极所使用的离子载体普遍存在灵敏性低、对其他离子选择性差、响应时间长的问题，无法用于非损伤微测系统Zn²⁺选择性微电极的开发及应用。因此，亟需开发、表征、优化一种新型Zn²⁺选择性电极来满足非损伤微测系统对离子流检测的要求，并成功搭载于该系统实现对活体植物进行Zn²⁺离子流的实时、动态监测。Zn²⁺离子选择微电极的研发将极大帮助研究人员深入认识植物体与Zn²⁺的交互作用过程与机制。