[发明专利]一种基于石墨烯材料的重金属离子传感器及其操作方法

权利要求书

1.一种基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，包括第一微电极阵列、第二微电极阵列、上盖片、下盖片和多级微流体腔，所述第一微电极阵列和第二微电极阵列均设置于上盖片与下盖片之间，并处于同一平面上，所述第一微电极阵列和第二微电极阵列之间留有微电极间隙，所述多级微流体腔的底部横跨并安装于第一微电极阵列和第二微电极阵列的上表面，并且露出微电极间隙和石墨烯微片聚集体，所述上盖片与第一微电极阵列夹有第一引出排线，所述上盖片与第二微电极阵列夹有第二引出排线，所述石墨烯微片聚集体在微电极间隙处分别与第一微电极阵列、第二微电极阵列紧密结合；

所述多级微流体腔由若干个同轴、等外径的中空圆柱体相叠而成，自所述多级微流体腔的顶部至底部，所述中空圆柱体的内径依次变小，所述多级微流腔的底部中心正对微电极间隙中心，且微电极间隙距离≤多级微流腔的底部内径≤微电极间隙距离的1.5倍。

2.如权利要求1所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，所述第一微电极阵列、第二微电极阵列与下盖片之间夹有玻璃基底。

3.如权利要求1或2所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，所述上盖片与下盖片之间通过紧固螺钉夹紧固定，所述紧固螺钉的数量为4个。

4.如权利要求1或2所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，所述第一微电极阵列和第二微电极阵列均采用相同的条状微电极，所述第一微电极阵列的条状微电极与第二微电极阵列的条状微电极错位并且平行相对排列。

5.如权利要求1或2所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，所述第一微电极阵列由单个或多个具有圆弧部、彼此平行的第一微电极组成，所述第二微电极阵列由单个或多个具有圆盘部、彼此平行的第二微电极组成，所述第二微电极的圆盘部外对应包裹有第一微电极的圆弧部，每组所述第一微电极和第二微电极置于同一直线上。

6.如权利要求1所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，所述多级微流体腔的材料采用聚二甲基硅氧烷或有机玻璃。

7.如权利要求1所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，所述多级微流体腔的内表面涂覆有分子量范围为200-400的聚乙二醇液体。

8.如权利要求1所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器的操作方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤一:将内壁用分子量范围为200-400的聚乙二醇液体涂覆后的所述多级微流体腔置于烘箱中进行加热烘干；

步骤二:将所述步骤一中烘干完成的多级微流体腔安装在所述基于石墨烯材料的重金属离子传感器上，并将所述基于石墨烯材料的重金属离子传感器与常规电化学工作站连接；

步骤三:在所述步骤二的基础上，在所述第一引出排线和第二引出排线之间施加1-3V的正弦电压信号，并将信号频率调节到1M-3MHz，利用正介电泳技术将部分还原的氧化石墨烯微片操控移动至第一微电极阵列和第一微电极阵列的微电极间隙处，形成石墨烯微片聚集体，同时，通过显微观测使得所述石墨烯微片聚集体达到设定密度；

步骤四：在所述步骤三的基础上，将取5μL-100μL的待测金属离子溶液滴入所述多级微流体腔；

步骤五：在所述步骤四的基础上，测试吸附金属离子后的石墨烯微片聚集体的电导率，并通过所述电化学工作站连接的计算机生成恒电压下的电流突变以及伏安特性曲线；

步骤六：将所述步骤五中得到的电流突变以及伏安特性曲线记录至知识库中，并根据吸附金属离子后的石墨烯微片聚集体的电导率的相对变化进行对比分析，进而鉴别当前样品的浓度或种类；

步骤七:继续测量下一种浓度或下一种金属离子的样品时，重复步骤四至步骤六。

9.如权利要求8所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器的操作方法，其特征在于，所述步骤一中的烘箱加热烘干过程的温度为60-70℃，时长为1h。