[发明专利]一种低成本高通量电化学与光电化学传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种低成本高通量电化学与光电化学传感器的制备方法，包括以下步骤：步骤1)：将导电材料和/或光电材料的分散液构筑大面积、高均匀、高导电的薄膜电极和/或光电薄膜；步骤2)：构筑微孔阵列；步骤3)：采用胶粘或热压方式将步骤2)得到的微孔阵列薄膜电极和/或光电薄膜组装成两电极微孔阵列传感器；步骤4)：在步骤3)得到的绝缘封装后的可寻址两电极微孔阵列传感器表面滴加测试溶液形成液滴检测池阵列，基于电或光激发信号对液滴检测池阵列的寻址激发，即得到低成本高通量电化学与光电化学传感器。其简单可控、生产设备成本低、易实现自动化规模生产，并且检测装置集成、样品用量少、检测通量可灵活调整。

技术领域

本发明专利涉及电子器件制备领域，尤其是指低成本高通量电化学与光电化学传感器及其制备方法。

背景技术

体外诊断技术对于重大疾病的发现、监测以及人们的生命健康具有重要的价值。以此次新冠肺炎疫情为例，早发现、早隔离已成为我国战胜疫情传播的利器。目前，体外诊断多采用光学分析方法，包括高灵敏、高通量的自动化荧光、化学发光等仪器分析方法以及胶体金试纸条等便携式检测装置。然而，大型光学仪器分析方法的设备昂贵、难以实现现场快速分析，胶体金试纸条虽然使用方便、检测速度也很快，但灵敏度相对较差。因此，发展新型低成本、高灵敏、高通量、便携式的生化分析方法对于体外诊断领域具有重要的意义。

电化学传感器具有检测设备简单便携、检测成本低、灵敏度高等特点，在便携式现场分析领域具有较好的应用前景。比如，目前血糖检测的主流技术是基于酶催化反应的便携式电化学血糖分析仪。然而，受到其传感原理的限制，传统电化学传感原理在检测通量方面与光学方法相比还存在较大差距。目前，电化学传感方法一般采用多信号标记或多电极阵列等方式实现高通量检测，前者检测通量有限，后者设备耗材成本高、多电极制备工艺复杂，难以实现商业化应用。因此，采用低成本单通道电化学检测设备，发展类似光学96/256孔板的高通量检测体系仍然是一个巨大的挑战。

将大面积的单个工作电极进行分区，然后通过电或光激发信号的寻址检测，可以采用单通道电化学检测设备实现高通量电化学及光电化学生化分析。基于该原理，我们前期建立了一系列寻址光电化学生物传感器，包括：(1)基于DNA杂交与亲和反应原理，使用较大面积金膜电极和富勒烯基光电生物探针，建立了多目标病毒相关DNA的高灵敏光电化学传感器(Analytical Chemistry 2015,87(18),9368-9375)；(2)基于位阻效应无标记传感原理，使用较大面积电沉积Bi₂S₃光电薄膜，建立了多目标肿瘤标志物的快速检测光电化学传感器(Biosensors and Bioelectronics 2017,91,53-59)；(3)基于凝血酶对大面积金电极表面微孔阵列中固定化生物素标记多肽的切割作用，使用亲和素标记富勒烯光电生物探针，建立了凝血酶及其抑制剂的高通量检测与筛选方法(Analytical Chemistry 2018,90(15),9366-9373)。上述方法从原理和器件的角度证明了单电极寻址光电化学生物传感的可行性，但在实际应用方面还存在诸多不足。首先，上述传感器的工作电极与参比电极在结构上是分开的，在进行光电测试时必须将所有工作电极分区与参比及对电极放在同一个溶液中，无法使用液滴阵列同时或动态监测不同的样品；其次，工作(1)和(3)使用的是无电沉积制备的较大面积金膜电极作为工作电极，其金膜电极的制备周期长、影响因素较多，只能采用多步孵育的夹心免疫或DNA杂交结构检测疾病标志物；最后，工作(2)虽然制备具有较高均匀性的Bi₂S₃光电薄膜，但采用电沉积方法制备大面积功能薄膜方面的影响因素较多、生产效率较低。

因此，发展制备过程可控、生产效率高、适用传感材料多、通用性强的寻址电化学或光电化学传感器件及其制备方法对于推动其产业化应用具有重要的价值。

发明内容