一种可视化检测尼古丁的纸质传感器及其制备方法和应用技术

一种可视化检测尼古丁的纸质传感器及其制备方法和应用，所述纸质传感器包括附着有介孔二氧化硅纳米孔道的ITO电极基片和纸质盖片；所述ITO电极基片表面的介孔二氧化硅富集电化学发光剂三联吡啶钌，当尼古丁通过氧化去质子化形成强还原自由基，强还原自由基与三联吡啶钌反应生成激发态的三联吡啶钌，根据激发态回到基态释放光子的发光信号强度检测尼古丁溶液的浓度。本发明专利技术还包括所述纸质传感器的制备方法和应用。使用本发明专利技术进行尼古丁检测，样品消耗少，节约成本，操作简单，灵敏度高，检测限低，稳定性好且抗干扰性好。

A paper sensor for the visual detection of nicotine and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种可视化检测尼古丁的纸质传感器及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种检测尼古丁的生物传感器，具体涉及一种可视化检测尼古丁的纸质传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
吸烟可导致心脑血管病、中风、癌症和哮喘等多种疾病，每年导致约五分之一的死亡，吸烟引起的危害是当今世界最严重的公共卫生问题之一。因此确认吸烟者已成为健康保险的强制要求，吸烟测试经常用于就业和疾病诊断。科学测量烟草暴露量是研究烟草对健康危害的基础。尼古丁是烟草中的主要成分之一，其具有高度的成瘾性，可作用于吸烟者的大脑，使其对烟草产生依赖性。同时，尼古丁具有较长的残存期，可在人和动物体内蓄积而引发中毒。因此，尼古丁是烟草致癌的主要毒物之一，是评价烟草暴露的生物标志物，用于评估人体烟草暴露的剂量和程度。尼古丁摄入量对确认吸烟者具有十分重要的价值。目前，尼古丁的分析检测方法主要有紫外分光光度法、高效液相色谱法、气相色谱法、气相色谱-质谱联用法、酶联免疫法等。然而，由于这些技术存在仪器昂贵、操作复杂、需要专业的操作人员等问题，因此尼古丁在实现低成本检测及现场分析等方面仍存在限制。因此，发展一种快速简便、成本低廉且灵敏度较高的方法以实现对尼古丁的定量检测具有重要的研究意义和广阔的发展前景。微流控芯片是将生物、化学等实验室基本功能和操作微型集成到微纳米级通道网格结构芯片上，其适用于便携式仪器和现场分析。采用纸质材料做为芯片盖片，对电极基片进行简单刻划加工可以避免传统微流控芯片加工的缺点：如步骤繁琐(刻蚀、曝光和显影)，操作复杂耗时长，需要洁净操作室和专业昂贵的仪器设备(紫外光刻机、等离子清洗器和甩胶机等)等。因此，纸质基片和电极简单加工制备的芯片可用于实现快速简单、低成本和高灵敏的尼古丁检测。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种快速简便，成本低廉，灵敏度较高的基于介孔二氧化硅的可视化纸质传感器。本专利技术进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种操作简单，适合工业化生产的可视化检测尼古丁的纸质传感器的制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种可视化检测尼古丁的纸质传感器，包括附着有介孔二氧化硅纳米孔道的ITO电极基片和纸质盖片；所述ITO电极基片表面的介孔二氧化硅富集电化学发光剂三联吡啶钌，当尼古丁通过氧化去质子化形成强还原自由基，强还原自由基与三联吡啶钌反应生成激发态的三联吡啶钌，根据激发态回到基态释放光子的发光信号强度检测尼古丁溶液的浓度。本专利技术进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可视化检测尼古丁的纸质传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)制备纸质盖片：在印有图案的疏水纸片进行剪裁，形成两个以上的光滑储液池作为独立检测单元，再将其打磨细化，得纸质盖片；(2)制备ITO电极基片：将ITO导电玻璃切割成ITO电极基片，在ITO电极基片中间刻划一条凹槽分割为两部分，然后将ITO电极基片进行清洗，得刻画有电极阵列的ITO电极基片；将介孔二氧化硅纳米孔道附着到刻画有电极阵列的ITO电极基片上，进行酸处理，然后采用电化学表征实验，对酸处理后的ITO电极基片进行筛选，得合格的ITO电极基片。(3)贴合：将步骤(1)所得的纸质盖片与步骤(2)所得的ITO电极基片按顺序排列，使ITO凹槽位于储液池中间，使两层材料通过双面胶带的进行封合，紧密贴合在一起，即成。进一步，步骤(2)中，所述介孔二氧化硅通过以下方法附着到ITO电极基片上：将ITO电极竖直排列，浸入十六烷基三甲基溴化铵、无水乙醇、超纯水、浓氨水和四乙氧基硅烷混合溶液的密封盒中，恒温水浴锅中静置，将ITO电极取出冷却至室温，用水清洗，洗净后用氮气吹干，置于烘箱中固化过夜，即成。更进一步，所述混合溶液按配方配制：十六烷基三甲基溴化铵0.16g/L，无水乙醇30mL/L，水70mL/L，25wt％浓氨水10μL/L和四乙氧基硅烷80μL/L。更进一步，所述烘箱的温度为100～130℃，所述固化的时间为6～12h。更进一步，所述酸化具体步骤如下：是将ITO电极放置在0.1～0.5M盐酸乙醇溶液中，用磁力搅拌器搅拌15～30min后取出，氮气吹干。进一步，步骤(1)中，所述储液池为矩形、正方形或圆形。进一步，步骤(2)中，所述凹槽的长为50～60mm，宽为0.2～0.5mm。进一步，步骤(2)中，所述清洗的具体步骤如下：先置于0.7～1.4MNaOH溶液中浸泡12～24h，按顺序分别置于丙酮、乙醇、等离子水溶液中超声清洗15～25min。进一步，步骤(2)中，所述电化学表征实验具体操作如下：将ITO电极基片分别浸入四种30～60μM探针分子六氨合钌、三联吡啶钌、铁氰化钾和二茂铁甲醇溶液中，依次进行循环伏安测试；所述循环伏安实验测试参数如下，扫速为50mVs-1：铁氰化钾扫描电位范围为0.5V～0.1V；六氨合钌为0.2V～0.45V；二茂铁甲醇为0.1V～0.65V；三联吡啶钌为1.5V～2.5V。本专利技术更进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：可视化检测尼古丁的纸质传感器的应用，向储液池内注入5～15L含有不同浓度的尼古丁溶液和三联吡啶钌的缓冲溶液；所述缓冲溶液为PBS缓冲溶液；含有待测乳酸溶液和鲁米诺的缓冲溶液中PBS的浓度为0.1～0.15mol/L，pH值为6.6～7.5；尼古丁的浓度为0.1～35μM；三联吡啶钌的浓度为0.9～1.5mmol/L。本专利技术的原理：本专利技术采用疏水纸制备盖片，ITO电极进行简单刻划加工制备电极阵列，化学生长法修饰介孔二氧化硅后即得基片。采用胶带进行盖片和基片的贴合，制备可视化纸质传感器。ITO电极表面的介孔二氧化硅可富集电化学发光剂三联吡啶钌，尼古丁通过氧化可以去质子化形成强还原自由基，尼古丁自由基可与三联吡啶钌反应生成激发态的三联吡啶钌，激发态回到基态释放光子。采用CCD图像传感器采集发光信号，在一定范围内，尼古丁溶液的浓度越高，发光信号越强，以此实现尼古丁的快速简单、低成本和高灵敏检测。本专利技术的有益效果：(1)采用疏水纸制备盖片，通过打印和剪裁在疏水纸上加工微型储液池，工艺简单，成本较低，可以大规模生产，具有十分优异的经济效益；(2)采用化学合成法在电极表面修饰介孔二氧化硅材料，步骤简单、灵敏度高且抗干扰性好，适合批量大规模生产；(3)仪器运行维护成本低，操作简便，有利于方法的推广和应用；(4)样品消耗少，节约成本；(5)采用电化学发光成像技术检测尼古丁的含量，具有检测速度快，可视性强、灵敏度高、检测限低和稳定性好等优点。附图说明图1为本专利技术可视化纸质传感器的尺寸图；图2为本专利技术可视化纸质传感器的实物图；图3为本专利技术介孔二氧化硅的循环伏安表征图；图4为本专利技术介孔二氧化硅的微分脉冲伏安表征图；图5为本专利技术尼古丁检测的电化学发光成像图和线性图；图6为本专利技术传感器重复性考察的电化学发光图和折线图；图7为本专利技术传感器专本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可视化检测尼古丁的纸质传感器，其特征在于：包括附着有介孔二氧化硅纳米孔道的ITO电极基片和纸质盖片；所述ITO电极基片表面的介孔二氧化硅富集电化学发光剂三联吡啶钌。/n

【技术特征摘要】
1.一种可视化检测尼古丁的纸质传感器，其特征在于：包括附着有介孔二氧化硅纳米孔道的ITO电极基片和纸质盖片；所述ITO电极基片表面的介孔二氧化硅富集电化学发光剂三联吡啶钌。


2.一种如权利要求1所述可视化检测尼古丁的纸质传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制备纸质盖片：将印有图案的疏水纸片进行剪裁，形成两个以上的光滑储液池作为独立检测单元，再将其打磨细化，得纸质盖片；
（2）制备ITO电极基片：将ITO导电玻璃切割成ITO电极基片，在ITO电极基片中间刻划一条凹槽，将ITO电极基片分割为两部分，然后将ITO电极基片进行清洗，得刻画有电极阵列的ITO电极基片；将介孔二氧化硅纳米孔道附着到刻画有电极阵列的ITO电极基片上，再进行酸化处理，然后采用电化学表征实验，对酸化处理后的ITO电极基片进行筛选，得合格的ITO电极基片；
（3）贴合：将步骤（1）所得的纸质盖片与步骤（2）所得的ITO电极基片按顺序排列，使ITO凹槽位于纸质盖片的储液池中间，使两层材料通过双面胶带进行封合，紧密贴合在一起，即成。


3.根据权利要求2所述可视化检测尼古丁的纸质传感器的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述介孔二氧化硅通过以下方法附着到ITO电极基片上：将ITO电极竖直排列，浸入十六烷基三甲基溴化铵、无水乙醇、超纯水、浓氨水和四乙氧基硅烷混合溶液的密封盒中，置于恒温水浴锅中，静置，然后将ITO电极取出，冷却至室温，用水清洗，洗净后用氮气吹干，置于烘箱中固化，即成。


4.根据权利要求3所述可视化检测尼古丁的纸质传感器的制备方法，其特征在于：所述混合溶液按下列配方配制：十六烷基三甲基溴化铵0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖依，杨小平，何纯莲，冯星，陈苏华，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43