[发明专利]一种基于声流体增强的电化学芯片表面纳米颗粒修饰装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于声流体增强的电化学芯片表面纳米颗粒修饰装置及方法，在微流道对侧放置谐振器，利用谐振器振动在液体中产生声流体，增强电化学芯片表面纳米颗粒修饰。电化学芯片位于流道上方，且电化学芯片工作区域位于流道中，谐振器位于电化学芯片正下方；压盖位于电化学芯片上方，且与下方微流道贴合形成封闭流道；流道管贯穿压盖至流道中。本方法利用谐振器在液体中振动产生声流体，促进了芯片表面的纳米颗粒沉积，有效解决了微环境中电化学芯片表面合成纳米颗粒数量少、粒径不均一的问题，增强了微环境下电化学芯片表面纳米颗粒的合成效果，使芯片对过氧化氢分子具有更大的响应电流，对于检测系统微型化和集成化有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种电极表面自修饰的方法，一种在微环境下的电极表面纳米颗粒合成修饰装置及方法，通过声流体对纳米颗粒合成进行增强，提高电化学芯片的电催化性能；特别涉及一种基于声流体增强的电化学芯片表面纳米颗粒修饰装置及方法。

背景技术

过氧化氢分子(H2O2)是一类在生理和病理过程中在生物系统中不断产生、转化和消耗的生物分子，研究认为过氧化氢负责调节细胞生物学和病理学的氧化还原修饰的小分子。而细胞中过氧化氢的过度产生或过量累积会引起氧化应激反应，导致脂质、蛋白质和DNA的损伤，甚至导致包括癌症在内的一些重要疾病。因此，对H2O2分子的高灵敏度检测对疾病的早期诊断或患者的健康状态检测都具有重要意义。

目前，电化学芯片检测技术由于具有灵敏度高、响应速度快的优势，已经在过氧化氢检测中得到了广泛的应用。但研究发现，生物样本中的过氧化氢分子往往浓度较低，普通电化学芯片无法有效地检测到低浓度的过氧化氢，因此研究人员开始尝试对电化学芯片进行表面修饰以增强电化学反应的电流信号。经过探索，研究人员发现金属纳米颗粒由于其特殊的尺寸效应，具有高效的电催化性能和快速的电子转移速率，能够极大地增强电化学芯片的检测能力。目前，在电极表面修饰金纳米颗粒(GNPs)、银纳米颗粒(AgNPs)和铂纳米颗粒(PtNPs)等金属纳米颗粒的方法经过不断研究已逐渐成熟，并得到了广泛的应用。

虽然电化学芯片的检测性能得到了提高，但检测中往往需要配备外置电解池，仍存在整体设备尺寸较大和使用不便的问题。而微流控系统作为一种新型的分析检测平台，具有快速、低耗、便携与易集成等优点，可以对极少量液体进行检测分析，减少了样品成本也提高了检测的效率，因而将电化学检测与微流控系统结合，可以在便携低耗的条件下实现高灵敏快响应的检测分析。

在电解池环境中，可以利用磁转子搅拌溶液，在电极表面为纳米颗粒提供更多的成核位点；同时，搅拌可以保证溶液浓度均匀，使电极表面不同位置合成的纳米颗粒形状大小一致，由此获得更好的电化学性能。然而在微环境中沉积纳米颗粒时，由于溶液静止易出现内部液体浓度不一致或沉积产生气体导致电化学芯片与溶液接触不充分等问题，导致不能有效地在电化学芯片上合成所需纳米颗粒或导致合成效果不理想，这在很大程度上限制了电化学芯片的自修饰能力，进而影响了芯片在微流控系统中的检测效果。

因此，目前的检测方法大多采用先在外部环境修饰电化学芯片，后将修饰好的电化学芯片组装进微环境中，最后进行物质检测。这种分步式的芯片处理、组装和检测方法与芯片实验室能够独立完整实现样品制备、生化反应、分离检测的目标并不相符，解决微环境下电化学芯片自修饰的问题，对于电化学芯片与微流控系统的集成化具有重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于声流体增强的电化学芯片表面纳米颗粒修饰装置及方法，通过在微流道对侧放置谐振器，利用谐振器振动在液体中产生声流体，增强电化学芯片表面纳米颗粒修饰效果，提高电化学芯片检测能力。通过循环伏安法检测过氧化氢对电化学芯片性能进行表征。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于声流体增强的电化学芯片表面纳米颗粒修饰装置，在微流道对侧放置谐振器，利用谐振器振动在液体中产生声流体，增强电化学芯片表面纳米颗粒修饰。