基于激光诱导石墨烯的电化学免疫传感器的制备方法

技术领域

本发明涉及生物传感器技术领域，具体涉及一种基于激光诱导石墨烯的电化学免疫传感器的制备方法。

背景技术

免疫传感器是基于抗原抗体特异性识别功能而制成的生物传感器。电化学免疫传感器将传统的免疫分析技术和电化学传感器技术溶为一体，因其具有分析速度快、灵敏度高、体积小以及适合联机化等优点，而被广泛应用于医药工业、环境保护、和食品安全检测中。为了提高电化学免疫检测的灵敏度，研究者普遍采用修饰纳米材料(如金纳米粒子、碳纳米管、金属氧化物等)来增强识别电子信号的传输。但是现有的电化学免疫传感器制备工艺和工作电极纳米修饰工艺较为复杂，对制备人员的操作水平要求较高，且制备成本较高，无法满足生产需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于激光诱导石墨烯的电化学免疫传感器的制备方法，能够降低工艺复杂性、对制备人员操作水平的要求和制备成本。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种基于激光诱导石墨烯的电化学免疫传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚酰亚胺薄膜粘贴在载板上；

2)利用激光器发射激光照射所述聚酰亚胺薄膜而诱导出三维石墨烯图案，所述三维石墨烯图案包括多个传感器电极阵列，每个所述传感器电极阵列均包括工作电极、对电极和参比电极；

3)将制备好的蜡印纸芯片粘贴至所述三维石墨烯图案上形成电化学免疫传感器；

所述蜡印纸芯片上形成有多个亲水区域，所述亲水区域之外的区域由蜡浸染形成疏水区域，将蜡印纸芯片粘贴至所述三维石墨烯图案上时，每个亲水区域对应一个所述传感器电极阵列，使得传感器电极阵列的一端位于对应的所述亲水区域内，另一端位于所述疏水区域内。

在其中一个实施方式中，所述蜡印纸芯片的制备方法包括以下步骤：

S1)利用蜡打印机将蜡喷涂打印在层析滤纸表面，从而在所述层析滤纸表面形成蜡喷涂区域和未被蜡喷涂的区域，所述未被蜡喷涂的区域形成多个亲水区域；

S2)对打印好的层析滤纸进行烘烤，直至所述蜡喷涂区域的蜡融化并浸透所述层析滤纸而形成疏水区域。

在其中一个实施方式中，所述层析滤纸采用纤维素层析滤纸。

在其中一个实施方式中，所述步骤S2)中，对打印好的层析滤纸进行烘烤的方法为：将打印好的层析滤纸放置于烘烤设备中，在60℃～80℃下加热0.5～2min。

在其中一个实施方式中，所述烘烤设备采用平板加热器或烘箱。

在其中一个实施方式中，所述三维石墨烯图案的多个所述传感器电极阵列呈直线排列。

在其中一个实施方式中，多个所述传感器电极阵列呈等间距布置。

在其中一个实施方式中，每个所述传感器电极阵列中的工作电极均位于对电极和参比电极之间。

在其中一个实施方式中，所述激光器采用紫外激光器。

在其中一个实施方式中，所述紫外激光器的功率为1.2～1.6W，扫描速度为80～160mm/s，离焦距离为4.5～5.5mm。

本发明具有以下有益效果：本实施例的基于激光诱导石墨烯的电化学免疫传感器的制备方法，将激光诱导石墨烯与蜡印纸芯片相结合来形成电化学免疫传感器，降低了工艺复杂性，降低了对制备人员操作水平的要求，同时也节约了制备成本，缩短了制造周期，提高了制备效率。

附图说明

图1是本发明的基于激光诱导石墨烯的电化学免疫传感器的结构示意图；

图2是图1所示的电化学免疫传感器的制备过程图；

图3是图1中蜡印纸芯片的结构示意图。

图中：1、聚酰亚胺薄膜，2、激光器，3、传感器电极阵列，31、工作电极，32、对电极，33、参比电极，4、蜡印纸芯片，41、层析滤纸，42、亲水区域，43、疏水区域。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1-图2所示，本实施例公开了一种基于激光诱导石墨烯的电化学免疫传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)利用双面胶将聚酰亚胺(PI,Polyimide)薄膜1粘贴在载板上；其中，聚酰亚胺薄膜1的形状为矩形或其他形状，可根据需要裁剪至所需尺寸；载板仅是起到承载作用，便于后续激光器进行激光诱导。

2)利用激光器2发射激光照射聚酰亚胺薄膜1而诱导出三维石墨烯图案，三维石墨烯图案包括多个传感器电极阵列3，每个传感器电极阵列3均包括工作电极31、对电极32和参比电极33；

3)将制备好的蜡印纸芯片4粘贴至三维石墨烯图案上形成电化学免疫传感器；

如图3所示，蜡印纸芯片4上形成有多个亲水区域42，亲水区域42之外的区域由蜡浸染形成疏水区域43，将制备好的蜡印纸芯片4粘贴至三维石墨烯图案上时，每个亲水区域42对应一个传感器电极阵列3，使得传感器电极阵列3的一端位于对应的亲水区域42内，另一端位于疏水区域43内，连接亲水区域42和疏水区域43。其中，亲水区域42为免疫反应区域，是待测样品发生免疫化学反应的区域。

可以理解地，蜡印纸芯片4和三维石墨烯图案进行粘贴时，只需在蜡印纸芯片4上对应传感器电极阵列3的电极区域涂抹双面胶，然后对准传感器电极阵列3，使传感器电极阵列3完整的粘贴至蜡印纸芯片4上对应位置即可。

上述蜡印纸芯片4上形成有多个亲水区域42，而每个亲水区域42构成一个免疫反应区，因此，多个亲水区域42可并行开展多种酶联免疫吸附试验(ELISA)，也即，可同时对多种血清样本进行检测，大大提高了该免疫传感器的适应性。

在其中一个实施方式中，蜡印纸芯片4的制备方法包括以下步骤：

S1)利用蜡打印机将蜡喷涂打印在层析滤纸41表面，从而在层析滤纸41表面形成蜡喷涂区域和未被蜡喷涂的区域，未被蜡喷涂的区域形成多个亲水区域42；

S2)对打印好的层析滤纸41进行烘烤，直至蜡喷涂区域的蜡融化并浸透层析滤纸而形成疏水区域43，也即，使得蜡完全融化渗透蜡喷涂区域处的层析滤纸的厚度。

在其中一个实施方式中，层析滤纸41采用纤维素层析滤纸，具有较好的耐热性能和抗化学药品性能，不易对测试时的免疫反应造成影响，更利于实现酶联免疫吸附试验。

在其中一个实施方式中，层析滤纸41厚度为0.15～0.2mm，长度为73mm，宽度为23mm。

在其中一个实施方式中，步骤S2)中，对打印好的层析滤纸41进行烘烤的方法为：将打印好的层析滤纸41放置于烘烤设备中，在60℃～80℃下加热0.5～2min。

可以理解地，为保证烘烤效果，层析滤纸41放置于烘烤设备时，保持具有蜡喷涂区域的表面朝上。

在其中一个实施方式中，烘烤设备采用平板加热器或烘箱。

在其中一个实施方式中，三维石墨烯图案的多个传感器电极阵列3呈直线排列。同时，蜡印纸芯片4上的多个亲水区域42也呈直线排列。例如，可成排布置八个亲水区域42，以及成排布置八个传感器电极阵列3，每个传感器电极阵列3对应成一个亲水区域42。

在其中一个实施方式中，亲水区域42呈圆形，进一步地，亲水区域42的半径为4mm。

进一步地，多个传感器电极阵列3呈等间距布置，布置间距为9mm。

在其中一个实施方式中，每个传感器电极阵列3中的工作电极31均位于对电极32和参比电极33之间。

在其中一个实施方式中，激光器2采用紫外激光器，具有较高的激发效率和输出效率。具体的，可选用发射激光波长为355nm的紫外激光器。

在其中一个实施方式中，紫外激光器的功率为1.2～1.6W，扫描速度为80～160mm/s，离焦距离为4.5～5.5mm，以提高激光诱导效率和质量。

在其中一个实施方式中，载板采用载玻片。

本实施例的电化学免疫传感器在使用时，将待测样品滴在传感器的亲水区域42，然后由传感器电极阵列3将电子信号传输至小型电化学仪表或电化学工作站而实现定量检测，从而快速便捷地实现人体中多参数疾病标志物的快速检测。

本实施例的基于激光诱导石墨烯的电化学免疫传感器的制备方法，将激光诱导石墨烯(Laser Induced Graphene，简称LIG)与蜡印纸芯片4(纸基微流控芯片)相结合来形成电化学免疫传感器，其以蜡印纸芯片4为基底，制备简单，缩减了制备成本，以聚酰亚胺薄膜1为基材，利用激光诱导石墨烯技术制作传感器纳米电极，操作步骤简单，省去了Hummers法离心、洗涤等步骤，节省了大量时间，降低了工艺复杂性，降低了对制备人员的操作水平的要求，另外，通过激光诱导石墨烯技术在聚酰亚胺薄膜1上制备三维石墨烯，电极形状可控，方法简单，制造周期较短，成本也较低；且石墨烯传感器电极具有极高的表面积与体积比，有效提高了电化学免疫传感器的灵敏度；整个电化学反应在纸基底上即可完成，对病人可以实现即时检验，提高了检测效率。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。