[发明专利]一种三维比色和光电化学纸基设备的制备及其在过氧化氢检测中的应用

摘要

本发明公开了一种三维比色和光电化学纸基设备的制备方法及其在过氧化氢检测中的应用。利用蜡打印技术在纸上制备疏水区域、亲水区域，通过激光切割机切割通道，采用丝网印刷的方法，在纸上印制相应的参比、对电极和工作电极，再对工作区域进行功能化以及前处理区储备液的滴加，进而癌细胞的固定；将制备好的纸芯片进行折叠，依次完成比色反应和光电化学反应。通过合理的设计纸芯片通道，首次实现了癌细胞中低含量的H2O2分子的高灵敏、可视化检测。

主权项

1.一种三维比色和光电化学纸基设备的制备：1.1 在计算机上设计比色和光电化学纸芯片的疏水蜡批量打印图案；所述疏水蜡批量打印图案，自左向右依次为蜡打印图案A，蜡打印图案B，蜡打印图案C;1.2 将纸剪裁成A4大小的纸，利用蜡打印技术将步骤1.1中设计的疏水蜡批量打印图案打印到A4纸上，随后将纸片取出，放置到烘箱中，在130~150 ºC下加热2 min，使蜡融化并浸透整个纸的厚度，形成疏水墙，没有打印蜡的部分为亲水区；1.3 利用激光切割机，对印有蜡打印图案A的纸芯片进行切割，制备溶液入口，显色通道，对印有蜡打印图案C的纸芯片进行切割，制备孔洞；1.4 采用丝网印刷技术，将工作电极印刷图案印刷到步骤1.3中得到的纸上，随后再依次将Ag/AgCl参比电极、碳对电极印刷图案印刷到步骤1.3中得到的纸上的反面区域；所述丝网印刷电极所用的纸材料为一级色谱纸或者普通滤纸；所述工作电极印刷图案位于蜡打印图案B中；所述Ag/AgCl参比电极、碳对电极印刷图案位于蜡打印图案C中；1.5 对步骤1.4中纸芯片的亲水的工作区域功能化，将伴刀豆球蛋白A，生物标签复合物及细胞固定在亲水区域；所述纸芯片的亲水工作区位于步骤1.4中工作电极印刷图案所在位置的反面区域；所述亲水区域功能化，包括以下步骤：在纸芯片上生长一层致密的Pt纳米粒子层：将10.0 μL 10.0 mM的H2PtCl6 溶液滴加到纸芯片的亲水区域，随后滴加2.0 μL 3.0 mM 的NaBH4溶液，室温下静置10 min，用超纯水冲洗掉松散的Pt纳米粒子，随后将纸芯片再次室温下干燥；采用电沉积法在生长有Pt纳米粒子层的纸芯片上生长竹节状的ZnO：将长有Pt纳米粒子层的纸芯片放于烘箱中，向此纸芯片上滴加40.0 mM的Zn(CH3COO)2·2H2O，作为ZnO的种子溶液，随后将纸芯片130 ºC下干燥5 min，将滴加种子溶液和加热干燥的步骤重复3次，即可在长有Pt纳米粒子层的纸芯片表面附着上ZnO种子，随后将此纸芯片放于20.0 mM Zn(NO3)2·6H2O与25.0 mM六次甲基四胺水溶液中，85 ºC下，电镀5000~9000 s即可；将伴刀豆球蛋白A固定在亲水区域；制备生物标签复合物，首先制备花状的三维多孔Pd：向5.0 mL, 1.0 mM H2PdCl4 溶液中加入0.2 mL, 0.1 M 的抗坏血酸溶液，室温下震荡12 h；随后利用巯基与Pd间相互作用力，将巯基修饰的单链DNA连接在三维多孔Pd上，而后将10.0 μg·mL‑1的石墨烯量子点加入到修饰有单链DNA的Pd纳米粒子复合物中，室温下反应两个小时，石墨烯量子点则通过与单链DNA间π‑π作用力附着在Pd纳米粒子表面，生物标签复合物制备完成；将10.0 μL 生物标签复合物滴加到纸芯片表面，随后用5.0 µL 1%的牛血清白蛋白掩蔽活性位点，室温下孵育50 min；最后将细胞滴加到纸芯片表面，用磷酸盐缓冲溶液冲洗电极表面未成功连接的细胞；1.6 向显色反应溶剂储备区中滴加显色剂和一定量的H2O2，作为显色反应的储备液供后续显色反应使用；所述显色反应溶剂储备区位于蜡打印图案B中；所述显色剂为3，3'，5，5'‑四甲基联苯胺；所加H2O2的具体用量为5 μL 2%~10% 的H2O2；将1.6所得的印有蜡打印图案A的纸芯片和蜡打印图案B的纸芯片进行对折，通过溶液入口，滴加10.0 μL的佛波酯溶液，室温下反应2 min后完成显色反应，随后将印有蜡打印图案A的纸芯片打开，采用磷酸盐缓冲溶液冲洗工作电极表面，将印有蜡打印图案B的纸芯片和印有蜡打印图案C的纸芯片进行对折，向纸芯片的亲水区域滴加40.0 µL 包含有抗坏血酸的磷酸盐缓冲溶液，在紫外灯的照射下，连接电化学设备进行光电化学测试，其中抗坏血酸和磷酸缓冲液的浓度均为0.1 M。