电化学发光检测微流控芯片电学特性分析

本文介绍了电化学发光检测微流控芯片的电学特性,包括电极的阻抗特性,表面磁场特性,电极表面涡流特性以及等效电容分析。电化学以及电化学发光检测通常采用三电极体系,由于加工在微小的尺度上,所以宏观尺度下的电学模型以及电学特性已经不再适用。本文提出了一种新的电化学发光检测微流控芯片电学特性分析的方法,根据微流控芯片与电极的结构与尺寸,建立的微流控芯片电极等效电路模型。不仅可以得出电极间的幅频特性曲线,还可以用于测试外加物理场如电场,磁场或力场和几何参数对芯片电极灵敏度,重复度与线性度的影响。微流控芯片电极等效电路模型与幅频特性分析为研究电化学与电化学发光检测提供了理论依据,为解释微电极的电学特性提供了更好的方法。

MOFs基微流控电化学芯片对多种重金属离子的实时在线检测

将具有丰富微孔的ZIF-8金属有机框架和电化学技术对金属离子的富集作用与微流控器件对溶液流动的可控性相结合,构建了一种新型传感器,实现了高通量、实时和快速检测环境中的多种金属离子污染物.研制的ZIF-8-Nafion/ITO基微流控电化学传感器对Cd^(2+),Pb^(2+)及Hg^(2+)离子在0.1~100μmol/L的浓度范围内具有良好的线性关系,检出限分别为0.055,0.0025及0.0016μmol/L(S/N=3).该微流控芯片对于样品的需求量少,可降低对能源的消耗;同时由聚二甲基硅氧烷拓印的微流控器件还有望实现柔性电极的功能,对便携式电化学柔性器件在生物和环境样品的集成化和自动化检测具有重要意义.

基于微流控的痕量重金属离子电化学检测系统

随着工业生产的不断发展,环境中有毒污染物逐渐增多,其中重金属离子污染对人体造成不可逆损伤的危险也日益增长,所以对重金属离子进行准确快速检测变得尤为重要。基于电化学检测原理研制了常见痕量重金属离子的微流控检测装置。将纸基微流控芯片与电化学技术相结合,采用石墨烯作为三电极材料,利用3D布局以及叉指状结构增强检测效果。实验结果表明,该检测系统能够对铅离子、汞离子、镉离子、铜离子单一离子以及混合离子溶液进行定性定量检测,其中离子浓度在10~100μg/L内呈现良好的线性度。镉离子、铅离子、铜离子以及汞离子的检测限分为0.34、1.40、4.39和5.16μg/L,并可在约8min内完成全部检测。该检测系统具有低成本、快速、操作简单等优点。

基于电化学传感技术的血液pH和PCO_(2)连续检测芯片装置

为了连续检测血液透析患者血液的酸碱度,降低血液透析患者的死亡率,基于电化学传感原理和微流控技术,研究了一种能够连续监测血液pH和PCO_(2)的芯片。芯片中pH电极和CO32-电极以共用参比电极的方式实现pH和PCO_(2)的联合检测,利用微型化测试腔保证血液的连续流通和检测,并防止空气对血液检测的干扰,提高血液pH和PCO_(2)的检测精度。采用pH 6.00~9.00的Tris-HCl溶液测试芯片的pH检测性能,其检测灵敏度达到61.2 mV/pH,连续检测同一样品的标准差小于0.01(n=10),再现性测量的平均相对误差为0.46%(n=6),在pH 6.00~9.00内实现了样品溶液pH值的准确检测。利用联合传感芯片分别进行血气质控液和血液测试实验,在血气质控液中检测pH和PCO_(2)的绝对误差分别低于0.04和306.64 Pa(2.30 mmHg),平均相对误差分别为0.23%和1.94%;在血液中检测pH和PCO_(2)的绝对误差分别低于0.05和466.63 Pa(3.50 mmHg),平均相对误差分别为0.36%和2.60%。与血气分析仪相比,该芯片体积小,与血液透析管路连接可以实现血液中pH和PCO_(2)的连续在线检测。

微流控芯片电化学与电化学发光检测的某些进展

近年来,微全分析系统(μTAS)发展很快[1～3],已有多种检测器被应用.电化学检测法具有微型和原位的特点,可为微环境提供高灵敏度的检测效果.电化学发光检测技术结合了电化学检测的微型、原位和化学发光的高灵敏度.据此,我们发展了微全分析系统.微流控芯片电化学与电化学发光检测研究的关键是发展实用电极.……

基于呼出气体冷凝液中肺癌肿瘤标记物的微流控芯片电化学发光检测平台的构建及评价

目的构建一种新型的呼出气体冷凝液(EBCs)肺癌肿瘤标记物的微流控芯片电化学发光检测平台并对其检测效果进行评价。方法由EcoScreen Turo收集器收集观察组和对照组的EBCs,通过软刻蚀方法制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片,随后将肺癌肿瘤标记物癌胚抗原(CEA)、鳞状细胞癌相关抗原(SCC)和神经元特异性烯醇化酶(NSE)的抗体修饰到电化学发光微电极阵列的表面,最后将收集的EBCs与制备的纳米金(AuNPs)-抗体复合物(AbAuNPs)相结合后注入到微流控芯片通道进行检测。结果成功构建了一种EBCs肺癌肿瘤标记物CEA、SCC和NSE的微流控芯片电化学发光检测平台,观察组血清及EBCs CEA、SCC、NSE均显著高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。在血清肿瘤标记物中,血CEA的AUC值最高,为0.769;在EBCs肿瘤标记物中,EBCs-CEA的AUC值最高,为0.912。由ROC曲线得出CEA、SCC、NSE的血清检测阈值为5.07ng/mL、5.07ng/mL及2.32ng/mL,CEA、SCC、NSE的EBCs检测阈值为1.78ng/mL、1.14ng/mL及4.71ng/mL。经年龄、性别和吸烟史校正后的EBCs-CEA浓度与检测方式的差异有统计学意义(P=0.008)。结论微流控芯片电化学发光检测平台对EBCs中CEA、SCC和NSE的检测与血清检测具有一致的诊断能力,且EBCs中的CEA比血清中的CEA更具有早期诊断价值。

微流控芯片环介导等温扩增技术检测3种猪圆环病毒

为建立快速区分3种猪圆环病毒(PCV2、PCV3和PCV4)的现场检测方法,采用微流控芯片环介导等温扩增技术(loop-mediated isothermal amplification,LAMP),收集3种猪圆环病毒临床阳性样本进行核酸提取,与市场上3种猪圆环病毒荧光探针法检测试剂盒进行灵敏度、特异性和重复性同步比对。结果显示:微流控芯片LAMP法在3种猪圆环病毒联检测试中具有非常高的灵敏度,可以在30 min内,实现不低于荧光定量PCR法的敏感性;与非洲猪瘟病毒、猪瘟病毒、猪繁殖与呼吸综合征病毒、猪伪狂犬病毒和猪细小病毒临床阳性样本均无交叉反应,特异性好;测试3种猪圆环病毒重复性Ct值变异系数(CV)均在2%以下,稳定性好。结果表明:3种猪圆环病毒微流控芯片快速联检技术特异性好、灵敏度高、重复性强,检测速度快,环境要求低,可以满足现场检测的要求,适用于养猪场等场所的猪圆环病毒现场快速检测。本方法的建立为猪相关病原体的现场快速核酸检测提供了有力工具。

微流控芯片中超微电极的制作及其在芯片-电化学检测中的应用

设计并制作了集成有超微电极的玻璃微流控芯片 .在电化学检测芯片 1 (EC-1 )中 ,以光刻方法制作1 3μm宽的 Pt超微电极 ,距分离管道末端 30μm,优化电极体系和分离电压 ,检测了电泳分离的神经递质 .在电化学检测芯片 2 (EC-2 )中 ,制作 7μm宽的超微电极 ,在其上游集成城墙式的膜结构 ,进一步腐蚀后的膜厚度为 1 0μm,具有良好的导电性和散热性能 ,成功地将高压电场截至在超微电极之前 ,具有进一步应用于电化学检测的能力 .

微流控芯片上大肠杆菌的电化学阻抗检测方法研究

基于细菌悬浮液的阻抗特性和微流控芯片电化学阻抗检测技术,采用所构建的微流控芯片电化学阻抗分析系统,以大肠杆菌为样本,优化了扰动振幅、缓冲溶液电导率、扫描频率和新制大肠杆菌标本静置时间等参数,对大肠杆菌标本、大肠杆菌标准合成样本进行电化学阻抗检测,建立了一种大肠杆菌快速定量检测方法。在扰动振幅500 mV、缓冲溶液电导率为2.40μS/cm、扫描频率范围为100 Hz-1 MHz的条件下,大肠杆菌的测试范围为7.43×105～1.49×108 CFU/mL,检出限为7.43×104 CFU/mL。显微测试表明,在该检出限下,微流控芯片电化学阻抗分析系统对微管道检测区域内10个以上大肠杆菌就有明显响应。将所建立的方法应用于某污水中细菌检测,结果与国标法基本一致。

微流控芯片电泳/电化学检测人单个肝癌细胞中的谷胱甘肽

采用微流控装置结合电化学检测研究了测定人单个血红细胞中谷胱甘肽(GSH)的方法。在该方法中,细胞的进样、定位、溶膜以及细胞中谷胱甘肽的转移和检测都在配有通道端安培检测器的双T形芯片中完成。单个细胞用液压导入到双T的交界面,在电泳缓冲液中毛地黄皂苷的作用下,细胞膜被穿孔。再施加直流电压,细胞被溶膜。释放出来的GSH被此直流电压电迁移至通道端并在Au/Hg电极上被检测。用校正曲线法可以定量测定单个细胞中的GSH。

基于微流控芯片的新型冠状病毒检测研究进展

微流控芯片是集成化、高通量、低成本、便携式的生物分析检测工具,近年来在新型冠状病毒(SARS-CoV-2)检测中备受关注。本文综述了微流控芯片及其系统在SARS-CoV-2检测中的最新进展,介绍并对比了微流控芯片的制备材料和成型工艺,着重阐述了基于微流控芯片的核酸分子检测、血清学检测和即时检测(POCT)技术的应用研究进展,为检测方法的创新设计和芯片制备提供参考。将现有生物检测技术与微流控设备有效结合,可以实现SARS-CoV-2的高效、灵敏和准确检测,基于微流控芯片的病毒检测方法呈现出多样化、集成化的特点,是传统病毒检测方法的有效替代方案。本文探讨了各种检测技术的适用性和现有挑战,将帮助学者开展更为广泛深入的生物医学分析检测研究,深化认识先进检测技术与微流控技术的发展前景。

微流控离子浓差极化芯片研制及其生化检测中的应用

离子浓差极化(ion concentration polarization,ICP)现象是在外加电场作用下发生在微纳交界面处的一种电富集现象,将ICP现象与微流控分析技术相结合,可广泛应用于生化分析中带电粒子预富集、目标物分离、靶标物检测等领域。本文首先对ICP原理及微流控ICP芯片进行了简要介绍,梳理总结了ICP芯片的制备技术和方法,其中重点关注了微流道结构设计、纳米结构制备与设计等方面的研究现状与进展。首先对基础单通道ICP芯片的结构进行分析,进而对并行通道ICP芯片结构以及集成多功能的微流控ICP芯片进行了总结和讨论,列举了ICP芯片中纳米结构的制备方法及其优缺点。进而,讨论了优化ICP芯片的富集效能途径,可通过引入多场耦合、阀门控制等多种手段,实现对靶标物的富集效能优化。最后,针对ICP芯片在多种带电生化样本分析检测中的应用进行综述,指出ICP芯片在匹配检测目标生物特性方面面临挑战,需要提高富集效率和选择性,解决流体控制、混合及传输问题。可以看到,微流控ICP芯片具有处理样本流量低、分离富集效果好、检测效率高以及易于集成化和小型化等优势,在生化检测领域展示出很好的研究意义和实用前景。

基于微流控芯片的循环肿瘤细胞检测系统研究

目的实现人体外周血液中循环肿瘤细胞(circulating tumor cells,CTCs)的高通量、高检出率的分选富集与检测,为癌症患者提供高效、精准的早期筛查。方法设计一款分选富集与检测集成化的微流控芯片,采用荧光检测系统进行单细胞水平的CTCs检测,得到样本中的CTCs数量。结果使用裂解红细胞后的外周血液样本进行6次实验,在进样速度达到0.2 mL/h时,CTCs能够达到78.6%的最佳检测率,组内相关系数达到0.8以上。结论CTCs检测系统能够实现较高的检出率并具有良好的可靠性,可以为相关领域的临床研究提供可靠的参考。

基于微流控芯片的尿酸和抗坏血酸并行电化学检测研究

尿样和血样中的尿酸水平是诊断痛风等疾病的重要指标,传统检测方法存在时间长、需要其他辅助试剂等不足,开展了在微流控芯片上对尿酸进行电化学检测的研究:以碳纳米管修饰的丝网印刷电极片为检测单元,构建了PDMS微流控芯片。以微流控芯片为平台,采用微分脉冲伏安法(DPV)对尿酸和抗坏血酸分别进行检测,确定其原始峰值电位。最后,实验测试和分析比较了不同浓度尿酸和抗坏血酸对电化学检测信号的影响。研究结果表明:用DPV法分别检测尿酸和抗坏血酸,测得峰电流与样品浓度均有较好的线性度;从并行检测信号中能够分辨出尿酸和抗坏血酸的氧化峰位;尿酸和抗坏血酸对彼此的DPV峰位无明显影响,但对DPV电流峰值有一定抑制作用。

基于微流控芯片的POCT化血凝检测装置

血液凝固检测对心脑血管和血栓类疾病的诊断和治疗具有重要意义。为了解决当前血液凝固检测仪器依赖进口、检测成本高、患者负担重等问题,设计并研制了一种基于微流控芯片的血液凝固检测装置。该装置利用血液凝固过程的理化性质变化,结合微流控技术、嵌入式技术和图像处理技术实现了POCT化的血凝检测。整个装置由负压驱动模块、图像采集模块、LCD屏幕模块和微流控芯片组成。两组血凝检测实验证实了该装置的可行性与实用价值。

PDMS微流控芯片-电化学检测集成系统

微全分析系统自20世纪80年代兴起,目前正进入快速发展时期.其中的一个主要分支芯片毛细管电泳已成功地用于多种物质的分离和检测.芯片毛细管电泳具有分析时间短、分离效率高和试剂用量少等优点,在生物化学分析和临床检验中有着巨大的应用潜力.……

用于土壤中氮钾含量快速测定的非接触电导微流控芯片

[目的/意义]土壤中氮、钾元素在作物生长和农业生产过程中具有关键作用。快速定量检测土壤中氮、钾含量对指导精确施肥具有重要意义。因此,建立一种快速可靠的土壤氮、钾含量检测方法十分必要。[方法]本研究建立一种基于聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)微流控芯片电泳和电容耦合非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C4D)方法,快速定量检测土壤中氮、钾养分离子。通过微流控电泳芯片实现对土壤中多种离子快速分离,利用C4D进行电导率变化的精准测量。基于检测器工作频率输出响应特性,激励电压响应特性和电泳电压,确定最佳分离和检测性能。[结果和讨论]该方法对钾离子(K+)、铵根离子(NH4+)和硝酸根离子(NO_(3)^(-))标准溶液的检测限(S/N=3)分别为0.5、0.1和0.4 mg/L。K^(+)、NH_(4)^(+)和NO_(3)^(-)在0.5~40.0 mg/L范围内具有良好的线性关系,线性相关系数(R2)分别为0.994、0.997和0.990,表明该方法可以对土壤中氮、钾养分离子进行定量分析。同时,采用峰高、峰面积和出峰时间作为评价指标进行可重复性实验,其相对标准偏差(Relative Standard Deviation,RSD)均小于4.4%,说明该方法具有良好的重复性。此外,对土壤样品进行测试,K^(+)和NH_(4)^(+)可实现完全分离以及同步检测,其检测效率明显提高。通过标准加入法进行回收率实验,回收率保持在81.74%~127.76%。[结论]本研究为土壤氮钾养分离子的快速检测提供了一种简便、高效的方法。

基于免泵微流控芯片和电化学检测的便携式生物医学传感器

为满足即时检验(point-of-care testing,POCT)在基层和个性化诊疗使用需求,开发了一种免泵式微流控芯片和电化学检测生物医学传感器系统,配合免疫传感器完成了对过氧化氢和前列腺癌标志物的快速检测。系统利用改性处理后聚二甲基硅氧烷芯片通道内毛细作用力,自泵式完成待测试剂混合和流动,采用微型便携式检测设备控制输入信号并通过微电流检测电路设计读取传感器上电流信号,实现快速自动化检测。实验验证了三电极检测电路输出电位稳定,误差不超过1%;通过对双氧水浓度检测实验证明了该检测体系对浓度变化电流动态响应特性良好,输出稳定;检测系统配合生物传感器对前列腺特异性抗原浓度进行定量检测,检测限为1 ng/m L。据我们所知,这是首次利用电化学免泵微流控传感器进行前列腺抗原的检测,本体系结构简单,操作简便,系统有望与多种电化学传感器结合用于多种检测物质的快速智能化POCT检测。

微流控芯片电化学检测单细胞分析

微流控芯片已被用于进行各种细胞分析的研究.最近,方肇伦等[1]用十字型微流控芯片压力进样,激光诱导荧光检测进行了人单个血红细胞内谷胱甘肽的测定.用双T型微流控芯片电化学检测方法对小麦愈伤组织中抗坏血酸(AA)的单细胞分析进行了研究.……

基于微流体脉冲驱动控制技术的电化学微流控芯片制备方法

基于微流体脉冲驱动控制技术搭建了电化学微流控芯片的制备系统。首先将纳米银墨水和甘油溶液分别微喷射到玻璃基底表面形成微电极图形和微流道液体阳模图形;然后分别进行烧结和聚二甲基硅氧烷(PDMS)模塑工艺制得微电极和微流道;最后将微电极和微流道键合形成电化学微流控芯片。研究了系统参量对液滴产生的影响以及液滴直径和重叠率对液滴成线的影响,制得的微电极最小线宽为45μm、厚度为2.2μm、电阻率为5.2μΩ·cm,制得的微流道最小线宽为35μm,流道表面光滑。采用制得的电化学微流控芯片进行了葡萄糖浓度的电化学流动检测。结果表明,葡萄糖溶液的浓度与响应电流具有较高的线性关系,可对一定浓度范围内的葡萄糖溶液进行定量检测。基于微流体脉冲驱动控制技术的电化学微流控芯片制备方法具有微喷射精度高、重复性好,制备系统结构简单、成本低廉等优点,可用于生化分析、生物传感器等领域的芯片制备。