一种用于检测量子点浓度的电极及制备方法、检测方法与流程

1.本发明涉及量子点技术领域，尤其涉及一种用于检测量子点浓度的电极及制备方法、检测量子点浓度的方法。


背景技术：

2.量子点(quantum dot)及量子点相关材料、器件已经被誉为当今工业4.0时代的核心科技引擎之一。因其每一个小粒子都是单晶颗粒，且尺寸具有良好的可调谐性，所以具有高色纯度、宽色域、高晶体稳定性、窄且对称的荧光发射光谱、宽且连续的紫外吸收光谱，这使其成为一种理想的印刷显示的新材料。
3.电化学dna传感器是以探针dna分子作为识别元件，将dna特异性识别分析产物过程中产生的信号转变为电化学信号，通过对电化学信号的分析实现对目标分析物的检测的传感方法。电化学dna传感器以具有特异性的探针dna作为识别元件，具有结构简单、特异性强、靶目标分子广泛等优点在实际中得到了广泛的应用。电化学dna传感器兼具探针dna的特异性及电化学传感器的灵敏性等优点，在实际应用中具有快速、简便、灵敏度高、成本低等特点，因此其在商业中得到了广泛的应用。同时电化学dna传感器也是现代生物分析中十分活跃且具有广泛应用前景的研究领域。
4.当前检测量子点溶液浓度的方法有：原子荧光光谱法、原子吸收分光光度法、双硫腙分光光度法、阳极溶出伏安法和示波极谱法等。这些方法存在灵敏度差，操作繁琐等一些问题。
5.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

6.鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于检测量子点浓度的电极及制备方法与检测量子点浓度的方法，旨在解决现有检测量子点浓度方法存在的灵敏度差，操作繁琐等的问题。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种用于检测量子点浓度的电极的制备方法，其中，包括：
9.将表面结合有羧基的第一电极粗品和主单链dna进行第一反应处理，得到表面结合有所述主单链dna的第二电极粗品，所述主单链dna的3’端具有能与所述羧基反应的基团；
10.将所述第二电极粗品与辅助单链dna进行第二反应处理，得到表面结合有双链dna的所述电极，所述辅助单链dna的3’端碱基能与所述主单链dna的5’端碱基配对。
11.一种用于检测量子点浓度的电极，其中，所述电极的表面结合有双链dna，所述表面结合有双链dna的所述电极采用本发明所述的方法制备得到。
12.一种检测量子点浓度的方法，其中，包括：
13.提供本发明所述表面结合有双链dna的所述电极；
14.将所述电极放入待测量子点溶液中进行电化学阻抗测试，得到所述待测量子点溶液对应的阻抗减小值；
15.根据所述阻抗减小值、预先存储的阻抗减小值与量子点溶液浓度之间的对应关系，确定所述待测量子点溶液的浓度。
16.有益效果：本发明中，裸电极具有较小的电化学阻抗值，利用羧酸类物质对电极表面处理后，在电极表面形成一层羧基，由于羧基结构在电极表面形成了较大的位阻，阻碍了电极表面的电子传导速率，使得电极表面电化学阻抗值会有所增大；接着电极连接主单链dna后，由于主单链dna本身结构的限制，增加了电极表面的位阻，使得其电化学阻抗值会进一步增大；然后电极表面主单链dna与辅助单链dna进行配对后形成部分双链dna结构，由于形成了部分双链dna，而双链dna有更大的刚性平面，进一步增加了电极表面的位阻，使得其电化学阻抗值会再进一步增大；最后利用该电极检测量子点浓度时，可以利用量子点良好的电子传输性，能使结合有双链dna的电极的电化学阻抗值降低，从而检测出量子点溶液浓度。本发明提供的基于电化学阻抗的电极测定量子点溶液的浓度，易于操作，且可高效、快速的检测出量子点溶液浓度，另外具有灵敏度高和成本低等特点。
附图说明
17.图1为本发明实施例提供的一种用于检测量子点浓度的电极的制备方法的流程示意图。
18.图2为本发明实施例提供的一种表面结合有双链dna的电极的示意图。
19.图3为本发明实施例提供的一种检测量子点浓度的方法的流程示意图。
具体实施方式
20.本发明提供一种用于检测量子点浓度的电极及制备方法与检测量子点浓度的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
21.请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种用于检测量子点浓度的电极的制备方法的流程示意图，如图1所示，其包括：
22.s11、将表面结合有羧基的第一电极粗品和主单链dna进行第一反应处理，得到表面结合有所述主单链dna的第二电极粗品，所述主单链dna的3’端具有能与所述羧基反应的基团；
23.s12、将所述第二电极粗品与辅助单链dna进行第二反应处理，得到表面结合有双链dna的所述电极，所述辅助单链dna的3’端碱基能与所述主单链dna的5’端碱基配对。
24.本实施例的作用机理：结合图2所示，裸电极具有较小的电化学阻抗值，利用羧酸类物质对电极表面处理后，在电极表面形成一层羧基，由于羧基结构在电极表面形成了较大的位阻，阻碍了电极表面的电子传导速率，使得电极表面电化学阻抗值会有所增大；接着电极连接主单链dna后，由于主单链dna本身结构的限制，增加了电极表面的位阻，使得其电化学阻抗值会进一步增大；然后电极表面主单链dna与辅助单链dna进行配对后形成部分双链dna结构，由于形成了部分双链dna，而双链dna有更大的刚性平面，进一步增加了电极表面的位阻，使得其电化学阻抗值会再进一步增大；最后利用量子点良好的电子传输性，能使
结合有双链dna的电极的电化学阻抗值降低，从而检测出量子点溶液浓度。本实施例提供的基于电化学阻抗的电极测定量子点溶液的浓度，易于操作，且可高效、快速的检测出量子点溶液浓度，另外具有灵敏度高和成本低等特点。
25.步骤s11中，在一种实施方式中，所述第一电极粗品的制备方法包括：
26.提供电极粗品预制物；
27.将所述电极粗品预制物置于羧酸类化合物溶液中进行循环伏安扫描，得到表面结合有羧基的所述第一电极粗品。
28.在一种具体的实施方式中，所述第一电极粗品的制备方法包括：
29.提供表面处理干净的电极粗品预制物；
30.将所述电极粗品预制物置于一定浓度的羧酸类化合物溶液中进行循环伏安扫描，待循环伏安图形稳定，即可得到表面结合有羧基的所述第一电极粗品，将该电极用氮气吹干备用。
31.在一种实施方式中，所述羧酸类化合物包括但不限于甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、庚酸、乙二酸、丁二酸、柠檬酸和马来酸中的一种或多种。
32.在一种实施方式中，所述羧酸类化合物溶液中羧酸类化合物的浓度为0.1～1mol/l。羧酸类化合物浓度小于0.1mol/l，则在电极表面上修饰的活性位点较少，不能有效使其电化学阻抗值增大，影响最后检测灵敏度；而羧酸类化合物浓度大于1mol/l，则会使电极受到腐蚀破坏，导致影响修饰效果。
33.在一种实施方式中，电极包括但不限于：石墨电极、玻碳电极、铜电极或铂电极。
34.在一种实施方式中，进行所述循环伏安扫描的扫描速率为100～300mv/s；扫描圈数为20～50圈。
35.在一种实施方式中，进行所述第一反应处理的步骤包括：
36.将所述主单链dna、碳化二亚胺偶联剂加入缓存溶液中，并搅拌，得到混合溶液；
37.将所述混合溶液添加至所述第一电极粗品上进行反应，得到所述第二电极粗品。
38.本实施例中，加入碳化二亚胺偶联剂后，能催化活化羧基、与所述羧基反应的基团，从而使反应速率加快。
39.在一种实施方式中，所述主单链dna的3’端具有能与所述羧基反应的氨基、羟基、羧基或卤素等。
40.在一种实施方式中，所述碳化二亚胺偶联剂包括但不限于二环己基碳二亚胺、n,n-二异丙基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、n-羟基琥珀酰亚胺和n-羟基硫代琥珀酰亚胺等中的一种或多种。
41.在一种实施方式中，所述缓冲溶液包括但不限于tae缓冲溶液(由三羟甲基氨基甲烷(tris base)、乙酸(acetic acid)和乙二胺四乙酸(edta)组成的缓冲溶液)、tbe缓冲溶液(tris硼酸缓冲溶液)、tpe缓冲溶液(tris-磷酸-edta缓冲溶液)、mops缓冲溶液(3-(n-吗啉)丙磺酸缓冲溶液)、tris-盐酸缓冲溶液和磷酸缓冲溶液中的一种或多种。
42.在一种实施方式中，将主单链dna、碳化二亚胺偶联剂加入缓存溶液中，并搅拌时，所述搅拌的工艺参数：搅拌速度为10～50r/min，搅拌温度为2～10摄氏度。过快搅拌容易使主单链dna发生断裂，过慢影响搅拌效果。在该低温范围内，dna具有较佳的活性。
43.在一种实施方式中，所述主单链dna所含碱基数为40～150个；所述主单链dna的总
长度为15～50nm。主单链dna为人工合成的dna链，其碱基数过多或是长度过长时在后期制备过程中容易断裂或失活。
44.在一种实施方式中，主单链dna的质量范围为0.00001～0.0001g，碳化二亚胺偶联剂的质量范围为0.000005～0.00005g，缓冲溶液的体积范围为1～10ml。
45.在一种实施方式中，所述辅助单链dna所含碱基数为60～200个；所述辅助单链dna的总长度为20～70nm。辅助单链dna为人工合成的dna链，其碱基数过多或是长度过长时在后期制备过程中容易断裂或失活。进一步在一种实施方式中，所述辅助单链dna的总长度略长于主单链dna的总长度。
46.在一种实施方式中，所述辅助单链dna的3’端有大于等于20个碱基能与所述主单链dna的5’端碱基进行配对。
47.在一种实施方式中，步骤s12将第二电极粗品与所述辅助单链dna进行第二反应处理具体包括：将所述表面结合有主单链dna的第二电极粗品与含辅助单链dna的柠檬酸钠缓冲溶液进行混合，在一定低温下进行超声配对反应一定时间，得到所述表面结合有双链dna的电极。
48.在一种实施方式中，所述辅助单链dna的质量为0.0001～0.001g，柠檬酸钠缓冲溶液的体积为1～5ml。
49.在一种实施方式中，进行超声配对反应时，超声的功率为5～10w，超声时间(即配对反应时间)为1～6小时。超声功率过大则容易使dna链发生断裂，功率过小则不能使dna链充分舒展，从而影响充分配对。
50.本发明实施例提供一种用于检测量子点浓度的电极，其中，所述电极的表面结合有双链dna，所述表面结合有双链dna的所述电极采用本发明实施例所述的方法制备得到。由此，该电极可以具有前面描述的方法所具有的全部特征以及优点。具体的，该电极中，主单链dna通过电极上的羧基连接在电极的表面上，辅助单链dna的3’端碱基与主单链dna的5’端碱基配对连接，即该电极的表面结合有双链dna。由于电极表面形成了部分双链dna，而双链dna有更大的刚性平面，进一步增加了电极表面的位阻，使得其电化学阻抗值会再进一步增大；利用该电极检测量子点浓度时，可以利用量子点良好的电子传输性，能使结合有双链dna的电极的电化学阻抗值降低，从而检测出量子点溶液浓度。本发明提供的基于电化学阻抗的电极测定量子点溶液的浓度，易于操作，且可高效、快速的检测出量子点溶液浓度，另外具有灵敏度高和成本低等特点。
51.图3为本发明实施例提供的一种检测量子点浓度的方法的流程示意图，如图3所示，包括步骤：
52.s21、提供本发明实施例所述表面结合有双链dna的所述电极；
53.s22、将所述电极放入待测量子点溶液中进行电化学阻抗测试，得到所述待测量子点溶液对应的阻抗减小值；
54.s23、根据所述阻抗减小值、预先存储的阻抗减小值与量子点溶液浓度之间的对应关系，确定所述待测量子点溶液的浓度。
55.步骤s23中，预先存储的所述阻抗减小值与量子点溶液浓度之间的对应关系是通过以下方法得到的：
56.配制不同已知摩尔浓度的量子点溶液，将表面结合有双链dna的所述电极分别放
入所配制的量子点溶液中进行电化学阻抗测试，得到不同已知摩尔浓度的量子点溶液对应的阻抗减小值，根据所述阻抗减小值和量子点溶液浓度的对应关系得出相应线性方程(即阻抗减小值与量子点溶液浓度之间的对应关系的线性方程)。
57.具体地，首先将制备好的表面结合有双链dna的所述电极进行电化学阻抗测试，得到一个初始电化学阻抗值；将表面结合有双链dna的所述电极分别放入所配制的量子点溶液中进行电化学阻抗测试，相应地得到电化学阻抗值，初始电化学阻抗值与该电化学阻抗值相减，得到所述量子点溶液对应的阻抗减小值，根据所述阻抗减小值和量子点溶液浓度关系得出相应线性方程(即阻抗减小值与量子点溶液浓度之间的对应关系的线性方程)。
58.在一种实施方式中，配制系列浓度梯度为0、2、4、10mg/ml的量子点溶液，得到线性方程为y＝8341.64-643.78x。
59.本实施例中，预先制备表面结合有双链dna的所述电极，将量子点溶液配制成系列浓度梯度，将制备好的表面结合有双链dna的所述电极分别置于所配制的量子点溶液中，根据阻抗减小值和量子点浓度关系得出相应线性方程，据此来测量待测量子点溶液的浓度。本发明提供的基于电化学阻抗的方法测定量子点溶液的浓度，该方法易于操作，且可高效、快速的检测出量子点溶液浓度，另外该方法具有灵敏度高和成本低等特点。
60.本实施例的作用机理：电极表面结合上双链dna后，由于双链dna有较大的刚性平面，使得电极表面的位阻较大，从而使其电化学阻抗值较大，然后利用量子点对电极表面的电子传递的促进作用，从而提升双链dna分子的电化学信号，使结合有双链dna的电极阻抗值降低，根据阻抗减小值和量子点浓度关系得出相应线性方程，据此来测量待测量子点溶液的浓度。
61.步骤s22中，将表面结合有双链dna的所述电极放入待测量子点溶液中进行电化学阻抗测试，相应地得到电化学阻抗值，初始电化学阻抗值与该电化学阻抗值相减，得到所述待测量子点溶液对应的阻抗减小值。
62.在一种实施方式中，量子点包括但不限于：
ⅱ-ⅵ
族、
ⅲ-ⅴ
族、
ⅳ-ⅵ
族量子点，全无机钙钛矿量子点，有机-无机钙钛矿量子点，石墨烯量子点，铜硫铟量子点，硅量子点；所述量子点的核和壳化合物独立地为
ⅱ-ⅵ
族的cdse、cds、znse、zns、cdte、znte、cdzns、znses、cdses、cdseste或cdznseste等但不限于此，
ⅲ-ⅴ
族的inp、inas或inasp等但不限于此，
ⅳ-ⅵ
族的pbs、pbse、pbses、pbsete或pbste等但不限于此。
63.下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明。
64.实施例1
65.将表面用蒸馏水和乙醇清洗干净的玻碳电极置于0.1mol/l甲酸溶液中以扫描速率300mv/s，扫描圈数50圈进行循环伏安扫描，待循环伏安图形稳定，即可得表面含有羧基的玻碳电极，将电极用氮气吹干备用。
66.将0.0001g在3’端修饰有羟基的单链dna(oh～3
’-
catgtactgctacctaag gacacttacgctttaggcgcactt-5’)和0.00005g 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐加入1ml tae缓冲液中混合，在2摄氏度下以搅拌速度为15r/min低温搅拌1小时，然后将混合溶液滴加在表面含有羧基的玻碳电极上进行交联。
67.将上述自组装完成的电极置于含有0.0001g的辅助单链dna分子(5
’-
ttacctcatgacgatggattcctgtgaatgatgcgaaatccg
······
tgg-3’，共66个碱基)的1ml柠檬酸钠缓
冲溶液中，在低温下以2w超声功率反应1小时。
68.将cdse量子点溶液配制成浓度为0、2、4、10mg/ml，将上述制备的电极插入所配制的量子点溶液中，根据阻抗减小值和量子点浓度关系得出相应线性方程为y＝8341.64-643.78x，根据待测量子点浓度测试得到的阻抗减小值、阻抗减小值与量子点溶液浓度之间的对应关系(y＝8341.64-643.78x)，确定待测量子点溶液的浓度，例如据此来测量得到待测量子点溶液的浓度为8.532mg/ml。
69.实施例2
70.将表面用蒸馏水和乙醇清洗干净的石墨电极置于1mol/l乙二酸溶液中以扫描速率100mv/s，扫描圈数20圈进行循环伏安扫描，待循环伏安图形稳定，即可得表面含有羧基的玻碳电极，将电极用氮气吹干备用。
71.将0.00001g在3’端修饰有氨基的单链dna(h2n～3
’-
ttc gct
······
taccaggcctattcgcagacatcatgg aga-5’，共141个碱基)和0.000005g二环己基碳二亚胺加入10ml tpe缓冲液中混合，在8摄氏度下以搅拌速度为50r/min低温搅拌2小时，然后将混合溶液滴加在刻蚀好的电极表面进行交联。
72.将上述自组装完成的电极置于含有0.001g的辅助单链dna分子(5
’-
atggtccgcataagcgtctgtagtacctct
······
tgcctt-3’，共192个碱基)的5ml柠檬酸钠缓冲溶液中，在低温下以10w超声功率反应5小时。
73.将石墨烯量子点溶液配制成浓度为0、2、4、10mg/ml，将上述制备的电极插入所配制的量子点溶液中，根据阻抗减小值和量子点浓度关系得出相应线性方程为y＝8341.64-643.78x，根据待测量子点浓度测试得到的阻抗减小值、阻抗减小值与量子点溶液浓度之间的对应关系(y＝8341.64-643.78x)，确定待测量子点溶液的浓度，例如据此来测量得到待测量子点溶液的浓度为1.345mg/ml。
74.实施例3
75.将表面用蒸馏水和乙醇清洗干净的铂电极置于0.5mol/l柠檬酸溶液中以扫描速率200mv/s，扫描圈数30圈进行循环伏安扫描，待循环伏安图形稳定，即可得表面含有羧基的玻碳电极，将电极用氮气吹干备用。
76.将0.000008g在3’端修饰有氨基的单链dna(h2n～3
’-
ttatcacagttcacgtagcgggcgatttattcgcagcatacatcatggcagtgcaga
······
cttttg-5’共99个碱基)和0.00009gn,n-二异丙基碳二亚胺加入5ml mops缓冲液中混合，在4摄氏度下以搅拌速度为30r/min低温搅拌4小时，然后将混合溶液滴加在刻蚀好的电极表面进行交联。
77.将上述自组装完成的电极置于含有0.0005g的辅助单链dna分子(5
’-
atggtcgtcaagtgcatcgcccgctaaataagcgtcgtatgtagttccgtcacgtct
······
tgcctt-3’，共123个碱基)的2.5ml柠檬酸钠缓冲溶液中，在低温下以5w超声功率反应2小时。
78.将硅量子点溶液配制成浓度为0、2、4、10mg/ml，将上述制备的电极插入所配制的量子点溶液中，根据阻抗减小值和量子点浓度关系得出相应线性方程为y＝8341.64-643.78x，根据待测量子点浓度测试得到的阻抗减小值、阻抗减小值与量子点溶液浓度之间的对应关系(y＝8341.64-643.78x)，确定待测量子点溶液的浓度，例如据此来测量得到待测量子点溶液的浓度为5.876mg/ml。
79.综上所述，本发明提出一种用于检测量子点浓度的电极及制备方法与检测量子点
浓度的方法，本发明利用羧酸类物质对电极表面处理后，在电极表面形成一层羧基，由于羧基结构在电极表面形成了较大的位阻，阻碍了电极表面的电子传导速率，使得电极表面电化学阻抗值会有所增大；接着电极连接主单链dna后，由于主单链dna本身结构的限制，增加了电极表面的位阻，使得其电化学阻抗值会进一步增大；然后电极表面主单链dna与辅助单链dna进行配对后形成双链dna结构，由于形成了部分双链dna，而双链dna有更大的刚性平面，进一步增加了电极表面的位阻，使得其电化学阻抗值会再进一步增大；最后利用该电极检测量子点浓度时，可以利用量子点良好的电子传输性，能使结合有双链dna的电极的电化学阻抗值降低，从而检测出量子点溶液浓度。本发明提供的基于电化学阻抗的方法测定量子点溶液的浓度，该方法易于操作，且可高效、快速的检测出量子点溶液浓度，另外该方法具有灵敏度高和成本低等特点。
80.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。