[發明專利]一種低成本高通量電化學與光電化學傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110357418.8
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113138212B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 胡成國
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N21/76
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 常海濤

本發明提供一種低成本高通量電化學與光電化學傳感器的制備方法，包括以下步驟：步驟1)：將導電材料和/或光電材料的分散液構筑大面積、高均勻、高導電的薄膜電極和/或光電薄膜；步驟2)：構筑微孔陣列；步驟3)：采用膠粘或熱壓方式將步驟2)得到的微孔陣列薄膜電極和/或光電薄膜組裝成兩電極微孔陣列傳感器；步驟4)：在步驟3)得到的絕緣封裝后的可尋址兩電極微孔陣列傳感器表面滴加測試溶液形成液滴檢測池陣列，基于電或光激發信號對液滴檢測池陣列的尋址激發，即得到低成本高通量電化學與光電化學傳感器。其簡單可控、生產設備成本低、易實現自動化規模生產，并且檢測裝置集成、樣品用量少、檢測通量可靈活調整。

技術領域

本發明專利涉及電子器件制備領域，尤其是指低成本高通量電化學與光電化學傳感器及其制備方法。

背景技術

體外診斷技術對于重大疾病的發現、監測以及人們的生命健康具有重要的價值。以此次新冠肺炎疫情為例，早發現、早隔離已成為我國戰勝疫情傳播的利器。目前，體外診斷多采用光學分析方法，包括高靈敏、高通量的自動化熒光、化學發光等儀器分析方法以及膠體金試紙條等便攜式檢測裝置。然而，大型光學儀器分析方法的設備昂貴、難以實現現場快速分析，膠體金試紙條雖然使用方便、檢測速度也很快，但靈敏度相對較差。因此，發展新型低成本、高靈敏、高通量、便攜式的生化分析方法對于體外診斷領域具有重要的意義。

電化學傳感器具有檢測設備簡單便攜、檢測成本低、靈敏度高等特點，在便攜式現場分析領域具有較好的應用前景。比如，目前血糖檢測的主流技術是基于酶催化反應的便攜式電化學血糖分析儀。然而，受到其傳感原理的限制，傳統電化學傳感原理在檢測通量方面與光學方法相比還存在較大差距。目前，電化學傳感方法一般采用多信號標記或多電極陣列等方式實現高通量檢測，前者檢測通量有限，后者設備耗材成本高、多電極制備工藝復雜，難以實現商業化應用。因此，采用低成本單通道電化學檢測設備，發展類似光學96/256孔板的高通量檢測體系仍然是一個巨大的挑戰。

將大面積的單個工作電極進行分區，然后通過電或光激發信號的尋址檢測，可以采用單通道電化學檢測設備實現高通量電化學及光電化學生化分析。基于該原理，我們前期建立了一系列尋址光電化學生物傳感器，包括：(1)基于DNA雜交與親和反應原理，使用較大面積金膜電極和富勒烯基光電生物探針，建立了多目標病毒相關DNA的高靈敏光電化學傳感器(Analytical Chemistry 2015,87(18),9368-9375)；(2)基于位阻效應無標記傳感原理，使用較大面積電沉積Bi₂S₃光電薄膜，建立了多目標腫瘤標志物的快速檢測光電化學傳感器(Biosensors and Bioelectronics 2017,91,53-59)；(3)基于凝血酶對大面積金電極表面微孔陣列中固定化生物素標記多肽的切割作用，使用親和素標記富勒烯光電生物探針，建立了凝血酶及其抑制劑的高通量檢測與篩選方法(Analytical Chemistry 2018,90(15),9366-9373)。上述方法從原理和器件的角度證明了單電極尋址光電化學生物傳感的可行性，但在實際應用方面還存在諸多不足。首先，上述傳感器的工作電極與參比電極在結構上是分開的，在進行光電測試時必須將所有工作電極分區與參比及對電極放在同一個溶液中，無法使用液滴陣列同時或動態監測不同的樣品；其次，工作(1)和(3)使用的是無電沉積制備的較大面積金膜電極作為工作電極，其金膜電極的制備周期長、影響因素較多，只能采用多步孵育的夾心免疫或DNA雜交結構檢測疾病標志物；最后，工作(2)雖然制備具有較高均勻性的Bi₂S₃光電薄膜，但采用電沉積方法制備大面積功能薄膜方面的影響因素較多、生產效率較低。

因此，發展制備過程可控、生產效率高、適用傳感材料多、通用性強的尋址電化學或光電化學傳感器件及其制備方法對于推動其產業化應用具有重要的價值。

發明內容