一种电化学-双偏振干涉光电检测池

1.本发明涉及化学检测技术领域，特别涉及一种电化学-双偏振干涉光电检测池。


背景技术：

2.分子相互作用是生命科学基础研究、药物研发、表/界面研究等领域的重要组成部分。双偏振干涉技术(dual-polarization interferometry,dpi)是近年来发展起来的一种实时、免标记、定量研究分子相互作用的新方法，可同时获得分子相互作用过程中的动力学和结构相关信息[international patent,wo9822807,1998-05-28；biosens bioelectron,2003,19,383-390]。dpi技术已被广泛应用于蛋白质之间以及与其他分子的相互作用、dna与各种分子之间的相互作用、生物膜与其他分子相互作用,以及蛋白质的吸脱附、聚集和结晶过程监测等领域。
[0003]
dpi是基于光的杨氏干涉现象检测的表面分析技术。dpi测量使用的传感芯片由传感波导层和参考波导层构成，测量中采用两个偏振光(横电场te和横磁场tm)交替、连续照射传感片。偏振光在传感芯片的一端入射,经过两个波导层传播后，在另一端发生干涉,并在远场形成明暗相间的干涉条纹。光在传感芯片内传播时，在界面外产生瞬逝场，如果覆盖层溶液组成发生变化，或者在传感芯片表面发生分子吸附或分子相互作用，就会影响瞬逝场，使光在传感波导层内传播速率发生改变，从而引起干涉条纹位置改变。通过麦克斯韦方程组，由两组独立的偏振光相位变化就可以获得精确的表面厚度和折射率的数值[chem.rev.2015,115,265-294；中国科学:化学2018,48,852-865]。与传统的表面分析技术，如中子反射、椭圆光度法、表面等离子体共振和石英晶体微天平等相比，dpi技术可实时、高灵敏地测量表面吸附层厚度、绝对折射率和密度的动态变化，获取分子相互作用过程的结构信息。
[0004]
dpi是一种光学检测技术，单次测量获得的信息相对有限；若能与其他检测方法集成或联用，将极大地提高单次测量获取的信息量，拓展其应用范围。电化学检测方法具有灵敏度高、测量范围宽、仪器设备简单和易小型化等特点，已被广泛应用于生物分析、食品安全、环境监测和临床检验等领域。将电化学检测技术和dpi技术集成，实现电化学和双偏振干涉同时检测，将结合二者的优势，单次测量就可获得更为丰富的信息。例如，将电化学-双偏振干涉同时检测用于生物分子相互作用研究，不仅可以获得生物分子相互作用的动力学过程和构象变化信息，而且可以获得相关电活性分子的定量信息，建立相互作用过程中生物分子的活性与构象之间的关系，为回答生命科学中一些急需解答的科学问题提供帮助。
[0005]
要实现同时电化学检测和双偏振干涉检测，首先必须设计适用于两种检测技术的检测池，而目前并没有此类结构。
[0006]
因此，提供一种电化学-双偏振干涉光电检测池，以同时进行电化学检测和双偏振干涉检测的联用，是本技术领域人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

[0007]
有鉴于此，本发明提供了一种电化学-双偏振干涉光电检测池，以同时进行电化学检测和双偏振干涉检测的联用。
[0008]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0009]
一种电化学-双偏振干涉光电检测池，其包括：
[0010]
检测池主体，所述检测池主体内设置有相互平行的流通通道，且每条所述流通通道均设置有溶液进口和溶液出口；
[0011]
三电极系统，所述三电极系统安装在所述检测池主体内并与所述流通通道一一对应，所述三电极系统位于所述溶液进口和所述溶液出口之间，且所述溶液进口、所述溶液出口与所述三电极体系位于同一水平面内；
[0012]
供液组件，所述供液组件用于为所述检测池主体提供样品溶液，并且所述供液组件与所述溶液进口连通。
[0013]
优选的，上述的电化学-双偏振干涉光电检测池中，所述三电极系统包括：
[0014]
依次布置的辅助电极、工作电极和参比电极，所述辅助电极与所述工作电极组成极化回路；
[0015]
三个电极的中心与所述溶液进口中心和所述溶液出口中心共线。
[0016]
优选的，上述的电化学-双偏振干涉光电检测池中，所述辅助电极为长方形的铂电极，宽度为0.5mm-1mm，长度为1mm-5mm；或所述辅助电极为直径为0.5mm-1mm的铂盘电极；
[0017]
所述工作电极为直径为0.5mm-1mm的铂盘电极；
[0018]
所述参比电极为直径为0.5mm-1mm的铂盘电极或银盘电极。
[0019]
优选的，上述的电化学-双偏振干涉光电检测池中，所述的辅助电极、所述工作电极和所述参比电极均封装在所述检测池主体上，并在所述检测池主体的背面通过导线与电化学分析仪相连。
[0020]
优选的，上述的电化学-双偏振干涉光电检测池中，所述检测池主体的材料为聚醚醚酮材料或聚四氟乙烯材料。
[0021]
优选的，上述的电化学-双偏振干涉光电检测池中，所述供液组件与所述溶液进口和所述溶液出口连接的进样管路均为塑料管路，且所述塑料管路为直接插入所述检测池主体上的开口，并进行封装连接。
[0022]
优选的，上述的电化学-双偏振干涉光电检测池中，所述供液组件与所述流通通道一一对应设置，所述供液组件包括：六通阀、进样装置和注射泵，
[0023]
其中，在第一状态时，所述进样装置与所述六通阀的第一口、第二口、第五口和第六口依次连通；所述注射泵经过所述六通阀的第三口和第四口与所述溶液进口连通；
[0024]
在第二状态时，所述进样装置经所述六通阀的第一口和第六口与废液瓶连通；所述注射泵依次经所述六通阀的第四口、第五口、第二口和第三口与所述溶液进口连通。
[0025]
优选的，上述的电化学-双偏振干涉光电检测池中，还包括与所述溶液出口连通的废液收集瓶。
[0026]
本发明提供了一种电化学-双偏振干涉光电检测池，工作时，样品由缓冲液带入检测池主体中，并充满薄层流通通道，从而实现样品的电化学和双偏振干涉同时检测。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]
图1为本发明实施例中公开的检测池与外部六通阀、注射泵连接整体结构第一状态示意图；
[0029]
图2是本发明实施例中公开的检测池与外部六通阀、注射泵连接整体结构第二状态示意图；
[0030]
图3是本发明实施例中公开的电化学-双偏振干涉光电检测池俯视示意图；
[0031]
图4是图3的a-a剖视图；
[0032]
图5是图3的b-b剖视图；
[0033]
图6是本发明实施例中公开的制备的检测池中集成的三电极体系在0.5mol/l硫酸溶液中的循环伏安曲线；
[0034]
图7是本发明实施例中公开的制备的检测池中集成的三电极体系在10mmol/l铁氰化钾溶液中的循环伏安曲线；
[0035]
图8是本发明实施例中公开的连续进样不同浓度的铁氰化钾溶液的电流-时间响应曲线；
[0036]
图9是本发明实施例中公开的连续进样不同浓度的铁氰化钾溶液时通道1的相移-时间响应曲线；
[0037]
图10是本发明实施例中公开的连续进样不同浓度的铁氰化钾溶液时通道2的相移-时间响应曲线；
[0038]
其中，1、溶液进口；2、溶液出口；3、辅助电极；4、工作电极；5、参比电极；6、进样口；7、六通阀；8、注射泵；9、样品环；10、进样管路；11、废液瓶；12、废液收集瓶。
具体实施方式
[0039]
本发明公开了一种电化学-双偏振干涉光电检测池，以同时进行电化学检测和双偏振干涉检测的联用。
[0040]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0042]
如图1-图5所示，本技术公开了一种电化学-双偏振干涉光电检测池，包括检测池主体、三电极系统和供液组件，其中，检测池主体内设置有相互平行的流通通道，并且每条流通通道均设置有溶液进口和溶液出口；而三电极系统安装在检测池主体内并与流通通道一一对应，并且三电极系统位于溶液进口与溶液出口之间，需要限定的是，溶液进口、溶液
出口与三电极系统位于同一水平面内。上述设置可保证两个通道中的三电极体系一致性较好，且所得到的电化学响应信号稳定，重现性好。此外，上述的供液组件用于为检测池主体提供样品溶液，并且供液组件与溶液进口连通。
[0043]
本技术中的检测池，工作时，样品由缓冲液带入检测池主体中，并充满薄层流通通道，从而实现样品的电化学和双偏振干涉同时检测。
[0044]
进一步的实施例中，上述的三电极系统包括依次布置的辅助电极、工作电极和参比电极，并且辅助电极与工作电极组成极化回路。
[0045]
工作电极是指在测试过程中可引起溶液中待测组分浓度明显变化的电极，也就是所研究的反应在该电极上进行。电化学测试中，对工作电极的要求是：电极材料稳定，不与溶剂或电解液发生反应；电极自身发生的反应不会影响所研究的电化学反应；测定的电极范围较宽；电极表面性质均一、易清洁并且表面状态重现性好等。常用的“惰性”固态电极材料有玻碳、铂、金、银和导电玻璃等，液体电极材料主要包括汞和汞齐。
[0046]
辅助电极又叫对电极，辅助电极的作用是与工作电极组成极化回路，使工作电极上电流畅通。一般要求辅助电极本身的电阻小，并且不容易发生极化，辅助电极一侧的反应产物不严重影响工作电极的反应，因此，一般选用惰性电极材料作为辅助电极。另外，辅助电极的面积一般比工作电极大，这样就降低了辅助电极上的电流密度，使其在测量过程中基本上不被极化。在电分析化学中，一般使用铂或者碳电极作为辅助电极。
[0047]
参比电极是测量各种电极电势时作为参照比较的电极，是一个接近于理想不极化的电极。参比电极一般需满足以下条件：电极电势已知且稳定，重现性好的可逆电极；电极电位的温度系数小，受温度波动影响小；参比电极内的电解液不与电解池中的电解液或其他物质发生反应。常用的参比电极有饱和甘汞电极(sce)、ag/agcl电极、可逆氢电极(rhe)、hg/hgo电极、hg/h
g2
so4电极等。在一些特殊情况下，不方便使用这些参比电极时，一般选用性质稳定的金属丝作为准参比电极，例如银丝、铂丝等。
[0048]
在本实施例中，工作电极为直径0.5毫米～1毫米之间的铂盘电极；辅助电极为长方形的铂电极，宽度为0.5毫米～1毫米，长度为1毫米～5毫米，或者为直径0.5毫米～1毫米的铂盘电极；参比电极为直径0.5毫米～1毫米之间的银盘电极或铂盘电极；三个电极均封装在检测池主体上，并通过检测池主体的背面的导线与外部的电化学分析仪连接。上述的三电极系统位于同一平面，且电极中心和溶液进口的中心和溶液出口的中心位于同一直线上。
[0049]
在本实施例中，检测池主体的材料为peek或ptfe等塑料。辅助电极3、工作电极4和参比电极5分别通过密封胶封装在检测池池体内；而溶液进入检测池主体的进样管路10均为塑料管，其材料为peek、ptfe或fep等塑料，其内径在0.25毫米～1毫米之间，外径在1.5毫米～2.0毫米之间。溶液管路的外径与检测池主体的溶液进口以及溶液出口开孔一致，可以直接插入检测池池体上的小孔内进行封装，不需要额外的接头。综上，电极和进出管路的安装均不需要额外的接头。检测池主体的工作面需打磨平整，保证整个溶液流通体系的密封性。
[0050]
本技术中的检测池主体，通过压紧装置被固定在双偏振干涉检测仪中，检测池与垫片、传感芯片相结合形成薄层流通通道。进样管路10通过六通阀7与注射泵8相连，检测池上的辅助电极3、工作电极4和参比电极5通过导线与电化学分析仪器相连。需要说明的是，
该供液组件与流通通道一一对应设置，并且该供液组件包括六通阀、进样装置和注射泵。
[0051]
其中，在第一状态时，即如图1所示，在需要进样时，首先通过进样口6手动注射样品，使样品环9(第二口与第五口相连的通道)中充满被检测样品。
[0052]
进样装置与六通阀的第一口、第二口、第五口和第六口依次连通；注射泵经过所述六通阀的第三口和第四口与溶液进口连通；缓冲溶液在注射泵8的推动下经第三口和第四口流进检测池主体；
[0053]
在第二状态时，六通阀7处于进样状态，此时缓冲溶液作为流动相将样品环9中的样品带入检测池进行检测；进样装置经六通阀的第一口和第六口与废液瓶连通；注射泵依次经六通阀的第四口、第五口、第二口和第三口与溶液进口连通，如图2所示，完成进样过程。
[0054]
产生的废液一部分进入废液瓶11，而经过流通通道的废液则通过溶液出口进入废液收集瓶12中。
[0055]
将整个检测池放置到双偏振干涉分析仪中，连接好各个管路，同时连接各个电极连线。通过专门的固定装置将检测池压紧，其将和垫片、传感芯片相结合形成薄层流通通道。检测开始后，首先通过注射泵将缓冲溶液注射进检测池主体中，当检测系统的基线平稳后，开始进样。样品由进样装置的进样口6手动进样，通过六通阀7由缓冲溶液将样品带入检测池主体，并充满流通通道，从而实现样品的电化学和双偏振干涉同时检测。系统进样量由样品环的容量和进样时间控制，流速由注射泵控制。
[0056]
实施例1：
[0057]
本实施例结合具体的实施数据对三电极体系进行说明。
[0058]
如图1-5所示的检测池，通过压紧装置被固定在双偏振干涉检测仪中，检测池主体与垫片、传感芯片相结合形成薄层流通通道。进样管路10通过六通阀7与注射泵8相连，检测池主体上的辅助电极3、工作电极4和参比电极5通过导线与电化学分析仪器相连。
[0059]
实验开始前，以100μl/min的流速注射磷酸盐缓冲溶液(ph7.4，0.1mol/l)，直到溶液出口端有溶液流出为止，使检测池主体的流通通道内部及管路中充满溶液。
[0060]
本实施例中辅助电极3、工作电极4和参比电极5均为直径1mm的铂盘电极，样品环容积为200μl。首先，通过进样口6手动注射600μl样品溶液(硫酸溶液，0.5mol/l)，多余的样品溶液排入废液瓶11。切换六通阀7至进样位置，以磷酸盐缓冲溶液(ph7.4，0.1mol/l)为载液，用注射泵8以60μl/min的流速将样品溶液推入管路，使得样品溶液充满检测池主体，然后停止注射泵8。开启电化学分析仪，电位范围设置为-0.85v～0.65v(vs.铂电极)，扫速为100mv/s，对两个通道中的三电极体系分别进行循环伏安测试，得到如图6所示的循环伏安曲线。
[0061]
检测完成后，继续以100μl/min的流速注射磷酸盐缓冲溶液(ph 7.4，0.1mol/l)，对流通池及进样管路10进行清洗，废液由管路流入废液收集瓶12。由进样口6手动注射磷酸盐缓冲溶液(ph 7.4，0.1mol/l)对样品环9和连接管路进行清洗，废液流入废液瓶11。
[0062]
如图6所示的循环伏安曲线，均出现了铂电极上的氢气吸附和脱附峰，以及铂氧化物还原峰等铂电极在硫酸溶液中的特征峰。并且，两个通道中铂电极上氢气脱附峰的积分面积相近，峰电位一致，表明两个通道中三电极体系的一致性较好。
[0063]
实施例2：
[0064]
本实施例以银盘电极作为参比电极，以实施数据对检测池进行说明。
[0065]
如图1-5所示的检测池，通过压紧装置被固定在双偏振干涉检测仪中，检测池主体与垫片、传感芯片相结合形成薄层流通通道。进样管路10通过六通阀7与注射泵8相连。本实施例中辅助电极3和工作电极4均为直径1mm的铂盘电极，参比电极5为直径1mm的银盘电极。辅助电极3、工作电极4和参比电极5通过导线与电化学分析仪相连。
[0066]
实验开始前，以100μl/min的流速注射磷酸盐缓冲溶液(ph7.4，0.1mol/l)，直到溶液出口2端有溶液流出为止，使检测池主体内部及管路中充满溶液。
[0067]
首先，通过进样口手动注射600μl样品溶液(铁氰化钾溶液，10mmol/l，含有0.1mol/l氯化钾)，多余的样品排入废液瓶11。切换六通阀7至进样位置，以磷酸盐缓冲溶液(ph 7.4，0.1mol/l)为载液，用注射泵8以60μl/min的流速将样品溶液推入管路，使得样品溶液充满检测池主体，然后停止注射泵8。开启电化学分析仪，电位范围设置为-0.27v～0.55v(vs.银电极)，扫速为100mv/s，对两个通道中的三电极体系分别进行循环伏安测试，得到如图7所示的循环伏安曲线。
[0068]
测试完成后，继续以100μl/min的流速注射磷酸盐缓冲溶液(ph 7.4，0.1mol/l)，对检测池主体及进样管路10进行清洗，废液由管路流入废液收集瓶12。由进样口手动注射磷酸盐缓冲溶液(ph 7.4，0.1mol/l)对样品环9和连接管路进行清洗，废液流入废液瓶11。
[0069]
如图7所示的循环伏安曲线，在通道1中，铁氰化钾的氧化还原峰电位分别为0.181v和0.098v(vs.银电极)，氧化峰电流为15.88μa；在通道2中，铁氰化钾的氧化还原峰电位分别为0.179v和0.096v(vs.银电极)，氧化峰电流为15.85μa。在两个通道中工作电极上的氧化峰电流和峰电位均非常接近，表明两个通道中三电极体系的一致性较好，并且提供的检测池可选用银电极作为准参比电极。
[0070]
实施例3：
[0071]
本实施例以银盘电极作为参比电极5，在流动体系下同时采用电化学和双偏振干涉检测实施数据对检测池进行说明。
[0072]
如图1-5所示的检测池，通过压紧装置被固定在双偏振干涉检测仪中，检测池主体与垫片、传感芯片相结合形成薄层流通通道。进样管路10通过六通阀7与注射泵8相连。本实施例中辅助电极3和工作电极4均为直径1mm的铂盘电极，参比电极5为直径1mm的银盘电极。辅助电极3、工作电极4和参比电极5通过导线与电化学分析仪相连。
[0073]
实验开始前，以80μl/min的流速注射磷酸盐缓冲溶液(ph 7.4，0.1mol/l)，直到溶液出口2端有溶液流出为止，使检测池主体内部及管路中充满溶液。同时，开启电化学分析仪和双偏振干涉检测仪，设置检测电位为0.2v(vs.银电极)，记录电化学电流-时间曲线(图8)和双偏振干涉响应的相移-时间曲线(图9和图10)。
[0074]
通过进样口6手动注射600μl不同浓度的样品溶液(铁氰化钾溶液，含有0.1mol/l磷酸盐缓冲溶液ph 7.4)，多余的样品排入废液瓶11。切换六通阀7至进样位置，以磷酸盐缓冲溶液(ph 7.4，0.1mol/l)为载液，用注射泵8以80μl/min的流速将样品溶液推入管路，进行流动体系检测。如图8-10所示，三个样品溶液的浓度分别为2mmol/l、5mmol/l和10mmol/l，每个浓度样品进样2次，每次进样时间为40秒。
[0075]
检测完成后，继续以80μl/min的流速注射磷酸盐缓冲溶液(ph 7.4，0.1mol/l)，对检测池主体及进样管路10进行清洗，废液由管路流入废液收集瓶12。由进样口6手动注射磷
酸盐缓冲溶液(ph 7.4，0.1mol/l)对样品环9和连接管路进行清洗，废液流入废液瓶11。
[0076]
如图8所示的电流-时间响应曲线，通道1和通道2对相同浓度的铁氰化钾溶液响应电流相近，并且连续两次相同浓度样品的响应电流也相近，电流响应信号与浓度之间存在良好的相关性，表明所提供的检测池中三电极体系重现性良好。如图9和图10所示的双偏振干涉响应曲线，不同浓度的样品溶液在两个通道中引起的相位变化相近，表明所提供的集成三电极体系的光电检测池不会对双偏振干涉检测产生干扰。
[0077]
综上所述，本发明的这种电化学-双偏振干涉光电检测池，在不改变原有双偏振干涉检测系统、且不干扰双偏振检测信号的情况下，可同时实现电化学检测；两个通道中的三电极体系一致性较好，且所得到的电化学响应信号稳定，重现性好。所提供的检测池可单独用于电化学检测或双偏振干涉检测，以及二者的同时检测，从而通过一次测量获取更加丰富的信息。
[0078]
如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0079]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0080]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。