手持式纸基微流控芯片无线电化学发光技术及其装置的研究

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电致化学发光是电化学和化学发光结合的产物,它兼具化学发光和电化学方法的优点,不仅具有高的灵敏度和宽的线性范围,而且可以通过电压可以对反应时间和空间进行灵活控制。正是以上提及的优异特征使得电化学发光拥有高灵敏度和可选择性分析优势从而广泛用于医疗诊断,食品和水质检测,环境监测,生物试剂科学研究等等。  目前,绝大多数的电化学发光采用三电极和两电极电化学系统。然而,相对少量的电化学发光系统利用开放式或者闭合式双性电极-电化学发光系统。对于开放式双性电极电化学发光系统,双性电极位于微流控通道内,而闭合式双性电极,双性电极的两个电极分别位于两个分离的微流控通道内。传统的电化学发光系统主要研究在工作电极上的氧化还原反应,而双性电极-电化学发光技术集中研究在双性电极的阴极和阳极的电化学和电化学发光反应。因此,一种双性电极-电化学发光系统通常具有几个潜在的优势:成本低,传感电极不需要与外部电压源直接接触,易于集成便携,可应用于高通量分析。  本文首次提出了一种手持式纸基双性电极-电化学发光装置。该系统使用可充电电池用来作为驱动电压源,智能手机进行电化学发光的数据采集和传输到计算机进行数据处理分析。利用导电碳浆和网版在纸上印制驱动电极和双性电极,接着采用蜡网印技术在已印制电极的纸上印制微流控通道设计纸基微流控芯片。本文一共分为四章。第一章为综述,主要关于微流控芯片的发展历史、加工方法、检测技术及应用,尤其是对纸基微流控的加工方法及应用进行了详细介绍。第二章描述了手持式纸基电化学发光装置的设计和研究,第三章为手持式纸基微流控装置实验报告,第四章为结论与展望,主要内容如下:  1.以Whatman1号定性滤纸为微流控芯片加工衬底材料,导电碳浆作为电极材料,采用网印技术在纸上网印工作电极、驱动电极。蜡网印技术技术用来在已印制电极的纸芯片上打印微流控通道来制造纸基微流控芯片。首次将智能手机,可充电电池与纸基微流控芯片相结合,设计了手持式纸基微流控电化学发光装置。该装置利用可充电电池作为驱动电压源,智能手机采集数据并且无线传输给计算机进行数据处理分析。  2.以鲁米诺过氧化氢电化学发光体系被用来验证手持式纸基双性电极-电化学发光装置的定量检测能力。在优化的条件下,过氧化氢的检测范围为5到5000μM,检测极限为1.75μM,对于10,100和1000μM过氧化氢,相对标准偏差分别为7.59%,3.82%和4.93%。因此,该系统拥有很好的灵敏度,动态检测范围,稳定性和可重复性。最后,该系统被论证可以应用于PBS中葡萄糖和人工尿中葡萄糖检测,检测限分别为0.024 mM和0.043mM。而且,还可以进行葡萄糖的高通量检测,因此,这个开发的系统能够提供一个新的平台应用于实施现场检测,健康诊断和环境监测。
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