[发明专利]电极修饰的重金属离子微流控检测芯片及制备方法

说明书

本发明实施例提供了一种电极修饰的重金属离子微流控检测芯片，包括微流控模块和三电极传感器，其中：微流控模块由3D打印一体成型，内部有微通道和传感器插槽；三电极传感器包括由印制于卡片状底板上的三个电极，其中工作电极为经多孔纳米NiMn₂O₄修饰的裸碳电极；将三电极传感器插入与其匹配的传感器插槽组成所述微流控检测芯片。NiMn₂O₄多孔纳米材料修饰的裸碳工作电极阻抗增加不大且保持了良好的可逆性，使用该工作电极的检测芯片对铅和镉具有更好的线性响应，显著提升了对痕量铅和镉的检测灵敏度，检出限低至使用原有裸碳工作电极时的一半，增强微流控检测芯片的检测性能。本发明实施例还提供了所述微流控检测芯片的制备方法。

技术领域

本发明属于电化学检测技术领域，特别涉及一种电极修饰的重金属离子微流控检测芯片。本发明还提供了所述微流控芯片的制备方法。

背景技术

随着互联网产业化、工业智能化的发展，电子电气产品数量呈爆发性增长，人类在享受现代科学技术和电子商务带来的全新生活方式的同时，也面临大量电子垃圾对生存环境造成的日渐增长的威胁。重金属为电子垃圾中最主要的污染成分之一，广泛存在于电子电气产品中，若原料、产品或废弃物未能得到良好管控，重金属会直接进入土壤、水体和大气，造成直接污染，也可通过相互迁移于不同环境之间造成间接污染。由于重金属不可降解，能通过食物链迁移、富集最终被人体摄入并在脏器中积累，且摄入的重金属难以排出体外，人体内的重金属极易与蛋白和酶等结合致其失活，导致慢性中毒及其他严重病变，对人类的生命健康造成难以估量的损害。因此，各国对电子垃圾中的有毒有害污染物，特别是重金属离子的管控日益严格，对各种介质中重金属含量的检测技术也提出了越来越高的要求。

现有技术中不同介质中重金属含量的检测技术大致分为三大类：光谱分析法、电化学分析法及生化分析法。其中，电化学分析法所用仪器体积相对较小，成本低廉，检测设备易于实现微型化和集成化，灵活多变，适应性强，近年来逐渐成为分析仪器研究的重点。电化学分析法中的阳极溶出伏安法（Anodic Stripping Voltammetry，ASV）基于每种金属都有特定的氧化或溶出峰电位对溶液中的金属离子进行定性和定量分析，是一种非常适合作为检测痕量重金属的方法。传统ASV使用棒状三电极体系在烧杯中进行测定，检测过程对试样溶液需求量大、预电解时间长，检测结果重现性较差，不便作为现场快速检测的解决方案。

近年来，微流控芯片技术的发展为ASV的发展开辟了新方向。微流控芯片是在一块很小的基体材料上加工出微通道，并且将其他功能单元，包括样品输送单元、前处理单元、反应单元、分离单元、光学或电学响应检测单元，集成于芯片之上，由于其微型化的优点，样品需求量和试剂消耗量均很小，大大降低了实验室的环保负荷和二次污染的风险，非常契合现代分析技术的发展趋势。现有技术中用于ASV重金属离子检测的微流控芯片通常包含微流控层和带有电化学分析所需电极的传感器层，微流控层中具有微通道，作为供待测溶液流通的流体工作区，传感器层中具有匹配的电极，实际使用时将传感器层组合在微流控层中进行检测流程。微通道设计为薄层形式，可减少样品试液的用量，同时提高试液与反应面的作用效率，相应地将电极设计为平面形式，与薄层状的微通道匹配。现有的ASV重金属离子检测的微流控芯片在保证检测灵敏度和稳定性的基础上，具有体积小，方便携带，检测效率高的优点，可实现现场快速原位检测，引领未来ASV重金属离子检测的发展趋势。在现有的用于ASV重金属离子检测的微流控芯片的基础上，如何进一步提升检测性能，成为需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种电极修饰的重金属离子微流控检测芯片及制备方法，采用多孔纳米NiMn₂O₄修饰全固态平面电极中的裸碳工作电极，有效提升微流控芯片对痕量铅和镉检测的灵敏度。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种电极修饰的重金属离子微流控检测芯片，包括微流控模块和三电极传感器，其中：