专利名称：一种多通道印刷电极阵列芯片及其制备方法及应用的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及电极阵列芯片传感器领域，尤其涉及一种多通道印刷电极阵列芯片及其制备方法及应用。
背景技术：
电化学传感芯片技术是发展非常迅速的一种化学、生物分析手段。目前，各种芯片以微电子学的并行处理和高密度集成技术为其主要特征，以高通量、微型化、智能化等为其鲜明优点，已经在疾病诊断与预防、药物筛选、基因表达图谱分析、基因片段检测和多肽分析等领域取得了引人注目的成就。电化学传感芯片具有许多独特的优点，例如，灵敏度高、精度高、价格低廉、尺寸小，可以实现便携式现场检测，容易制作成多元素的传感器阵列，可以实现电子、机械系统集成在一起形成阵列化高通量检测芯片，其使用环境广泛，可以工作在气体、液体等环境中，并且可以实现对化学和生物分子的实时、在线检测。虽然现阶段的电化学检测手段已经突破了单通道检测的局限，但是在集成化方面仍然有待于进展，因为现有的多通道电化学阵列芯片一般仅采用工作电极阵列的形式作为检测通道，而很少集成对电极和参比电极共同形成三电极系统。此外，对于现有技术的电极阵列芯片来说，检测通道的继续增加将成为其发展的瓶颈，这是因为:平面电极工艺限制了每个电极及其导电通路占用的面积，增加通道就等于减小分配给每个电极及其导电通路占有的面积，这样做的结果就是导致传输信号的衰减和不同通道之间的干扰。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的一方面提供一种高通量、微型化、集成化、智能化的多通道印刷电极阵列芯片。为了实现上述目的，本发明一方面提供一种多通道印刷电极阵列芯片，该芯片包括:—作为所述芯片的载体的基底；一电极单元阵列，其包括多个呈矩阵形式排列的三电极系统，每个所述三电极系统包括布置在所述基底上表面的一圆形工作电极、对称布置在所述工作电极两侧的一弧形对电极以及一弧形参比电极；与所述工作电极、对电极或参比电极一一对应的多根引线，每根所述引线均穿透所述基底的上、下表面，且每根所述引线的一端与对应的所述工作电极、对电极或参比电极连接并径向向外延伸至另一端；布置在所述基底下表面并且与所述多根引线一一对应连接的多个反面电极触点；以及一盖板，其覆盖在所述基底上表面并带有多个与所述三电极系统一一位置对应的圆孔，其中，每个所述圆孔与相应所述三电极系统对应设置以形成一检测池，且每个所述三电极系统位于相应所述检测池的底部，每个所述圆孔的内壁构成相应所述检测池的侧壁。进一步地，所述芯片还包括多个布置在所述基底上表面并且分别与所述多根弓I线的另一端一一对应连接的正面电极触点。进一步地，所述芯片还包括一绝缘层，其覆盖在所述基底上表面的除所述三电极系统以及所述正面电极触点以外的区域。进一步地，所述工作电极由导电碳浆料或金浆料制成，其直径为2.5-4.0mm，厚度为9-15 μ m ;所述对电极由碳浆料或银浆料制成，其宽度为0.4-0.6mm,厚度为9_15 μ m，并与所述工作电极相隔0.6-0.8mm的径向间隙；所述参比电极由银浆料或氯化银浆料制成，其宽度为0.4-0.6mm，厚度为9-15 μ m，并与所述工作电极相隔0.6-0.8mm的径向间隙。前述一种多通道印刷电极阵列芯片，所述检测池的体积为5_50μ L。前述一种多通道印刷电极阵列芯片，其中，所述引线由导电碳浆料或银浆料制成，其宽度为0.4-0.6mm，其长度为1.4-2.0mm。前述一种多通道印刷电极阵列芯片，所述正面电极触点呈圆形，其直径为0.3-0.5mm ;所述反面电极触点呈圆形，其直径为0.4-0.6_。前述一种多通道印刷电极阵列芯片，所述绝缘层的厚度为20_30μπι。进一步地，所述基底由聚对苯二甲酸乙二酯、硅片或陶瓷材料制成，其尺寸范围在74mmX 110mm-86mmX 128mm 之间。进一步地，相邻两个所述三电极系统的中心间距为9mm。 进一步地，所述盖板由聚苯乙烯或聚四氟乙烯制成。前述一种多通道印刷电极阵列芯片，所述电极单元阵列包括16-384个呈矩阵形式排列的三电极系统。本发明另一方面提供一种制造权利要求1所述的多通道印刷电极阵列芯片的方法，该方法包括:提供所述基底；在所述基底上表面依次布置所述工作电极、所述对电极、所述参比电极以及所述引线，然后在所述基底下表面布置与所述弓丨线一一对应连接的所述反面电极触点；将带有多个圆孔的所述盖板覆盖在所述基底的上表面，并且使每个所述圆孔与一个所述三电极系统对应设置以形成一检测池，从而使每个所述三电极系统位于相应所述检测池的底部，并使所述圆孔的内壁构成相应的每个所述检测池的侧壁。进一步地，所述方法还包括:在所述基底上表面布置与所述引线的另一端一一对应连接的正面电极触点。进一步地，所述方法还包括:将一绝缘层覆盖在所述基底上表面除所述三电极系统以及所述正面电极触点以外的区域。本发明又另一方面提供一种前述多通道印刷电极阵列芯片的应用，其中，所述多通道印刷电极阵列芯片与一外围控制设备连接，用于对加入所述检测池内的样品进行分析、检测。综上所述，本发明的多通道印刷电极阵列芯片可用于电化学方法检测化学、生物、医药等样品，可同时实现临床上对多组分样本或对不同的样本分组进行分析检测，一次可以获得多项数据，并且具有灵敏度高、选择性好、稳定性好、制备简单、成本低、适应范围广等优点。此外，由于本发明的工作电极、对电极和参比电极均通过引线向外延伸至正面电极触点和反面电极触点，所以相对增加了每个电极的面积和通道数量，而电极与对应的正面电极触点以及对应的反面电极触点之间通过同一根在基底上、下表面之间穿透的引线连接而不是各自通过一根引线连接，所以相对减小了导电通路的面积，从而减小了传输信号的衰减和不同通道之间的干扰。而且，本发明还可以采用电子网板和丝网印刷技术形成各个电极和相应的电极触点，从而使得芯片更加微型化，使制备工艺更加简单、操作更加方便。
图1为本发明的多通道印刷电极阵列芯片的正面结构示意图；图2为本发明的多通道印刷电极阵列芯片的反面结构示意图；图3为本发明的多通道印刷电极阵列芯片的透视结构示意图；图4为本发明的三电极系统的正面结构示意图；图5为本发明的三电极系统的反面结构示意图；图6为本发明的三电极系统的纵向剖视图；图7为本发明检测甲胎蛋白的电流响应-浓度关系图；图8为本发明检测盐酸克伦特罗的电流响应-浓度关系图；图9为本发明检测盐酸克伦特罗的抑制率-浓度关系图。
具体实施例方式图1-6列出了本发明的多通道印刷电极阵列芯片的一个实施例，其包括基底1、三电极系统2、盖板3、引线4、正面电极触点5、反面电极触点6、以及绝缘层7。基底I作为整个芯片的载体，其由聚对苯二甲酸乙二酯、硅片或陶瓷等材料制成，尺寸约为 74mmX 110mm-86mmX 128mm。在该基底I上表面分布了多个由导电薄膜材料制成的三电极系统2，以构成电极单元阵列。每个三电极系统2包括通过电子网板和丝网印刷技术布置在基底I上表面的一圆形工作电极21、对称布置在工作电极21两侧的一弧形对电极22和一弧形参比电极23。在本实施例中，电极单元阵列以8X12的方阵形式排列，相邻两个三电极系统2之间的中心间距约为9mm，当然也可作一定形式的调整，例如电极单元阵列以6X16、8X 10、10X10、8X16方阵排布。工作电极21由导电碳浆料或金浆料制成，其直径为2.5_4.0mm，厚度为9-15 μ m ;对电极22由碳浆料或银浆料制成，其宽度为0.4-0.6mm,厚度为9-15 μ m，并与工作电极21相隔0.6-0.8mm的径向间隙；参比电极23由银浆料或氯化银浆料制成，其宽度为0.4-0.6mm,厚度为9-15 μ m,并与工作电极21相隔0.6-0.8mm的径向间隙。盖板3由透明材料制成，例如聚苯乙烯或聚四氟乙烯，其覆盖在基底I上表面并带有多个与三电极系统2——位置对应的圆孔(未示出)，其中，每个圆孔与相应三电极系统2对应设置以形成一检测池8，从而使每个三电极系统2位于相应检测池8的底部的中心位置，每个圆孔的内壁构成相应检测池8的侧壁，其中，每个芯片检测池8的体积为5-50 μ L，且对电极22与参比电极23的最外侧与检测池8的侧壁之间间隔0.3mm。当待测样品加入到该检测池8时，通过选定的电化学手段即可对样品进行检测分析。此外,本发明的芯片还包括与工作电极21、对电极22或参比电极23 对应的多根引线4，每根引线4均穿透基底I的上、下表面，即，每根引线4均在基底I的上、下表面之间穿透，且一端与相应工作电极21、对电极22或参比电极23连接并径向向外延伸至另一端。各引线4由导电碳浆料或银浆料制成，其宽度为0.4-0.6mm，长度为1.4_2.0mm。其中，三电极系统2实现检测的原理在于:工作电极21用于实现相应的免疫反应和电化学反应，对电极22用于提供电流回路，参比电极23用于提供参考电位，通过检测相应电流响应的大小对样品进行定量检测。在基底I上表面布置有多个分别与引线4的另一端 对应连接的正面电极触点5 ;在基底I下表面布置有多个分别与引线4 对应连接的反面电极触点6。该正面电极触点5用于增大相应电极的导电面积，以防止电路连通中断，该反面电极触点6用于与外部控制设备连接，当外围控制设备的金属探针轻压在相应反面电极触点6上，即可实现与相应三电极系统2的电路连通。在本实施例中，正面电极触点5呈直径为0.3-0.5mm的圆形；反面电极触点6呈直径为0.4-0.6mm的圆形。其中，在基底I上表面的除三电极系统2以及正面电极触点5以外的区域覆盖有绝缘层7，以使检测样品与引线4之间达到电学上的隔离，绝缘层7的厚度为20-30 μ m。本发明的多通道印刷电极阵列芯片，其制备方法包括如下步骤:提供一用于作为芯片载体的基底I ;采用电子网板和丝网印刷技术在基底I的上表面形成上述工作电极21、对电极22、参比电极23以及引线4，并且使引线4在基底I的上、下表面之间穿透，然后在基底I的上表面形成与引线4的另一端端 对应连接的正面电极触点5,在基底I的下表面形成与引线4 一一对应连接的反面电极触点6 ；将一绝缘层7覆盖在基底I上表面除工作电极21、对电极22、参比电极23以及正面电极触点5以外的区域；将带有多个圆孔的盖板覆盖在基底I的上表面，并且使每个圆孔与一个三电极系统2对应设置以形成一检测池8，从而使每个三电极系统2均位于相应检测池8的底部，并使圆孔的内壁构成相应的每个检测池8的侧壁。使用本发明检测空白样本，结果显示，本发明的三电极系统2的平行性，稳定性很好。本发明的多通道印刷电极阵列芯片与外围控制设备连接后，可用于对加入检测池8内的样品进行分析、检测，下面以应用实例一和应用实例二为例进行验证，其中，这两个应用实例中采用的实验步骤均为现有技术常用的方法。应用实例一:甲胎蛋白(AFP)的检测，具体操作步骤如下:1、包被捕获抗体，将5 μ L的AFP浓度为50 μ g/mL的鼠单抗滴加在上述芯片的各个检测池8中，置于4°C冰箱，过夜；2、封闭电极上非特异性位点，用超纯水将步骤I中的芯片洗涤三次，每次洗三分钟后用N2吹干，然后将50 μ L的包含重量百分比为2%的BSA(牛血清白蛋白)以及重量百分比为1%的CAS (酪蛋白)的混合液加入到各检测池8中，并置于37°C的环境下孵育2小时；3、加入抗原，先用PBST (磷酸盐吐温缓冲液)将步骤2中的芯片洗涤三次，每次三分钟，之后用N2吹干。用正常人血清将AFP分别稀释成10ng/mL、20ng/mL、50ng/mL、IOOng/mL、200ng/mL、300ng/mL及400ng/mL等一系列不同浓度,然后各自取10 μ L滴加到本步骤中清洗过的芯片的各个检测池8内，同时做空白对照，各做三个平行样本，置于37°C环境下孵育I小时；4、加入生物素化的单抗，先用PBST将步骤3中的芯片洗涤三次，每次三分钟，并用N2吹干。然后加入浓度为5 μ g/mL的生物素化的单抗，放置于37°C环境下孵育I小时；5、加入SA-HRP (辣根过氧化物酶标链酶亲和素)，先用PBST将步骤4中的芯片冲洗5次，并用N2吹干。然后加入浓度为5 μ g/mL的SA-HRP，放置于37°C环境下孵育30分钟；6、检测，用PBST将步骤5中的芯片洗涤三次，每次三分钟，并用N2吹干。然后使用外围控制设备，即，电化学工作站的相应工作电极探针、对电极探针以及参比电极探针与各检测池8的相应反面电极触点6——对应连接，再在每个检测池8中加入50μ L的TMB (3, 3，5，5-四甲基联苯胺)，然后进行电化学测定。先采用循环伏安法测定，检测参数设定为:电压范围为-0.3-0.6V，扫描速率为0.lV/s ;然后采用i_t法检测，检测参数设定为:电压为-100mV，时间为50s。检测结果如图6所示，其检测线性方程为:y=5125.09X-5013.37，相关系数R为0.9983,其中，横坐标表示AFP的浓度,纵坐标表示相应的电流响应。检测结果表明:在检测浓度为10 400ng/mL范围内的AFP有很好的线性关系，检测下限可达0.3ng/mL,且其灵敏度高，超过市售试剂盒灵敏度，能够很好的检测肝炎、肝癌血清样本。应用实例二:盐酸克伦特罗(CLE)的检测，具体操作步骤如下:1、包被抗原，取5 μ L浓度为10 μ g/mL的CLE-BSA滴涂于本发明的芯片的检测池8中，置于4°C冰箱，过夜；2、封闭，用超纯水将步骤I中的芯片冲洗三次，并用N2吹干，然后将重量百分比为2%的BSA溶液加入到各检测池8中，每个检测池8中滴加30 μ L,置于37°C环境下孵育1.5小时；3、加入抗体，将0.5 μ g/mL的CLE_mAb (盐酸克伦特罗的单克隆抗体)和一系列不同浓度的检测抗原等体积混合，然后每种浓度的混合液各取4 μ L滴至步骤2中的各检测池8内，置于37°C环境下温育0.5小时；4、加入酶标二抗，取5μ L的HRP (1:500)(羊抗鼠)加入步骤3中的各检测池8内，置于37°C环境下温育0.5小时；5、检测，用PBST将步骤4中的芯片洗涤4次，每次三分钟，并用N2吹干。然后使用外围控制设备，即，电化学工作站的相应工作电极21探针、对电极22探针以及参比电极23探针与各检测池8的相应反面电极触点6——对应连接，再在每个检测池8加入50 μ L的TMB (3，3，5，5-四甲基联苯胺)，然后进行电化学测定。测定时，首先采用循环伏安法测定，参数设定为:电压范围为-0.3-0.6V，扫描速率为0.lV/s ;然后采用i_t法检测，检测参数设定为:电压为_200mV，时间为100s。检测结果如图7和8所示，图7示出了 CLE的浓度和相应的电流响应的关系，其检测线性方程为:y=38.003+24.954x，相关系数为0.9953，其中，横坐标表示CLE的浓度，纵坐标表示相应的电流响应；图8示出了 CLE的抑制率与浓度的关系。
检测结果表明，在检测0.1 300ng/mL范围内的CLE有很好的线性关系，检测下限可以达到0.05ng/mL,比市售试剂盒灵敏度高，为瘦肉精的检测提供了一种新的途径。以上结果表明，本发明的多通道印刷电极阵列芯片可以成功的应用于实际样品的高效、快速检测。本发明中，基底1、工作电极21、对电极22、参比电极23、引线4以及电极触点5、6的尺寸大小均可根据集成度及实际需要修改。以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明的权利要求保护范围。
权利要求
1.一种多通道印刷电极阵列芯片，其特征在于，该芯片包括: 一作为所述芯片的载体的基底； 一电极单元阵列，其包括多个呈矩阵形式排列的三电极系统，每个所述三电极系统包括布置在所述基底上表面的一圆形工作电极、对称布置在所述工作电极两侧的一弧形对电极以及一弧形参比电极； 与所述工作电极、对电极或参比电极一一对应的多根引线，每根所述引线均穿透所述基底的上、下表面，且每根所述引线的一端与对应的所述工作电极、对电极或参比电极连接并径向向外延伸至另一端； 布置在所述基底下表面并且与所述多根引线一一对应连接的多个反面电极触点；以及 一盖板，其覆盖在所述基底上表面并带有多个与所述三电极系统一一位置对应的圆孔，其中，每个所述圆孔与相应所述三电极系统对应设置以形成一检测池，且每个所述三电极系统位于相应所述检测池的底部，每个所述圆孔的内壁构成相应所述检测池的侧壁。
2.根据权利要求1所述的多通道印刷电极阵列芯片，其特征在于，所述芯片还包括多个布置在所述基底上表面并且分别与所述多根引线的另一端一一对应连接的正面电极触点。
3.根据权利要求2所述的多通道印刷电极阵列芯片，其特征在于，所述芯片还包括一绝缘层，其覆盖在所述基底上表面的除所述三电极系统以及所述正面电极触点以外的区域。
4.根据权利要求1-3中任何一项所述的多通道印刷电极阵列芯片，其特征在于，所述工作电极由导电碳浆料或金浆料制成，其直径为2.5-4.0mm，厚度为9-15μπι;所述对电极由碳浆料或银浆料制成，其宽度为0.4-0.6mm，厚度为9_15 μ m，并与所述工作电极相隔0.6-0.8mm的径向间隙；所述参比电极由银浆料或氯化银浆料制成，其宽度为0.4-0.6mm,厚度为9-15 μ m,并与所述工作电极相隔0.6-0.8mm的径向间隙。
5.根据权利要求1-3中任何一项所述的多通道印刷电极阵列芯片，其特征在于，所述检测池的体积为5-50 μ L0
6.根据权利要求1-3中任何一项所述的多通道印刷电极阵列芯片，其特征在于，所述引线由导电碳浆料或银浆料制成，其宽度为0.4-0.6mm，其长度为1.4-2.0mm。
7.根据权利要求2或3所述的多通道印刷电极阵列芯片，其特征在于，所述正面电极触点呈圆形，其直径为0.3-0.5mm ;所述反面电极触点呈圆形，其直径为0.4-0.6mm。
8.根据权利要求3所述的多通道印刷电极阵列芯片，其特征在于，所述绝缘层的厚度为 20-30 μ m。
9.根据权利要求1-3中任何一项所述的多通道印刷电极阵列芯片，其特征在于，所述基底由聚对苯二甲酸乙二酯、硅片或陶瓷材料制成，其尺寸范围在74mmX 110mm-86mmX 128mm 之间。
10.根据权利要求1-3中任何一项所述的多通道印刷电极阵列芯片，其特征在于，相邻两个所述三电极系统的中心间距为9mm。
11.根据权利要求1-3中任何一项所述的多通道印刷电极阵列芯片，其特征在于，所述盖板由聚苯乙烯或聚四氟乙烯制成。
12.根据权利要求1-3中任何一项所述的多通道印刷电极阵列芯片，其特征在于，所述电极单元阵列包括16-384个呈矩阵形式排列的三电极系统。
13.—种制造权利要求1所述的多通道印刷电极阵列芯片的方法，其特征在于，该方法包括: 提供所述基底； 在所述基底上表面依次布置所述工作电极、所述对电极、所述参比电极以及所述引线，然后在所述基底下表面布置与所述引线一一对应连接的所述反面电极触点； 将带有多个圆孔的所述盖板覆盖在所述基底的上表面，并且使每个所述圆孔与一个所述三电极系统对应设置以形成一检测池，从而使每个所述三电极系统位于相应所述检测池的底部，并使所述圆孔的内壁构成相应的每个所述检测池的侧壁。
14.根据权利要求13所述的多通道印刷电极阵列芯片的方法，其特征在于，所述方法还包括:在所述基底上表面布置与所述引线的另一端一一对应连接的正面电极触点。
15.根据权利要求14所述的多通道印刷电极阵列芯片的方法，其特征在于，所述方法还包括:将一绝缘层覆盖在所述基底上表面除所述三电极系统以及所述正面电极触点以外的区域。
16.一种如权利要 求1所述的多通道印刷电极阵列芯片的应用，其特征在于，所述多通道印刷电极阵列芯片与一外围控制设备连接，用于对加入所述检测池内的样品进行分析、检测。
全文摘要
本发明提供一种多通道印刷电极阵列芯片，其包括一基底；一电极单元阵列，其包括多个呈矩阵形式排列的三电极系统，每个三电极系统包括布置在基底上表面的一圆形工作电极、对称布置在工作电极两侧的一弧形对电极以及一弧形参比电极；与工作电极、对电极或参比电极一一对应的多根引线；与引线一一对应连接的多个反面电极触点；以及一盖板，其带有与三电极系统一一位置对应的圆孔，每个圆孔与相应三电极系统对应设置以形成一检测池。本发明用于电化学方法检测化学、生物、医药等样品，可同时实现临床上对多组分样本或对不同的样本分组进行分析检测，一次可获得多项数据，并具有灵敏度高、选择性好、稳定性好、制备简单、成本低、适应范围广等优点。
文档编号G01N27/48GK103196977SQ20131012774
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日
发明者樊春海, 宋世平, 邓王平, 李建永 申请人:中国科学院上海应用物理研究所