可同时检测尿酸、多巴胺和抗坏血酸的即时检测系统和传感器

1.本发明涉及可同时检测尿酸、多巴胺和抗坏血酸的即时检测系统和传感器，属于快速检测技术领域。


背景技术：

2.尿酸(ua)、多巴胺(da)和抗坏血酸(aa)是人体生命活动的代谢物质，人体的许多疾病如痛风、阿尔兹海默症、败血症等与这些物质的水平异常有关，因此检测ua、da和aa在临床诊断、治疗和预防上有重要的意义。目前同时检测尿酸、多巴胺和抗坏血酸的方法主要有毛细管电泳、电化学发光和拉曼光谱等，尽管这些方法准确可靠，但往往需要大型精密仪器，对时间和人员有一定要求，且检测耗时长。
3.公开号为cn111474223a；同时检测尿酸、抗坏血酸、多巴胺的电化学传感器及其制备方法与应用——内容：公开了工作电极为ptepb/cu，以及电化学传感器的制作方法，但是无检测系统设计。
4.基于此，我们发明了可同时检测尿酸、多巴胺和抗坏血酸的即时检测系统、传感器、传感器电极材料的制备方法。


技术实现要素：

5.本发明针对上述背景技术所提及的技术问题，旨在提供可同时检测尿酸、多巴胺和抗坏血酸的即时检测系统和传感器，来同时检测抗坏血酸(aa)、多巴胺(da)和尿酸(ua),具体采用以下技术方案来实现：
6.传感器，采用三电极体系，以碳导电浆作为对电极,银导电浆作为参比电极,碳导电浆和cofe@g材料复合后作为工作电极，其中：g占cofe@g材料的质量百分比为50-80％，co元素和fe元素占cofe@g材料的质量百分比相等，且cofe@g材料的粒径为20-150nm。
7.优选的，传感器采用电化学生物传感器，g占cofe@g材料的质量百分比为64.5％，co元素和fe元素分别占cofe@g材料的质量百分比为17.75％。
8.优选的，所述工作电极的制备方法，包括以下步骤：
9.碳导电浆与稀释剂按质量比为1:4-10稀释，稀释后印刷，再滴涂cofe@g材料制得工作电极。
10.优选的，印刷的层数为2层，工作电极的总厚度为0.5-0.8mm。
11.可同时检测尿酸、多巴胺和抗坏血酸的即时检测系统，包括电化学检测设备、智能终端和上述的传感器，所述电化学检测设备包括带有传感器驱动电路的试剂盒，所述试剂盒的一端开设有槽口；
12.还包括试纸条，所述试纸条的一端设有检测区，所述传感器安装在检测区，且传感器上的工作电极的形状设为圆形，并位于检测区中间，传感器的对电极和参比电极的形状均为弧形，且围绕工作电极分布；
13.所述试纸条的另一端设有三个信号输入/输出插口，且分别与工作电极、参比电极和对电极电连接，所述传感器驱动电路的一端共设有三个信号输入/输出插口，且传感器驱动电路上的三个信号输入/输出插口位于槽口处，并分别与试纸条上的三个信号输入/输出插口相插接，所述试剂盒的另一端设有信号发射模块，且所述信号发射模块与传感器驱动电路电连接；
14.所述传感器驱动电路包括带微处理器的控制模块、a/d采样模块、恒电位器、微电流检测模块、滤波模块和d/a数模转换模块；微处理器经过d/a转换模块发出电压激励信号，驱动恒电位器连接传感器的参比电极或对电极，与传感器的工作电极产生压差，工作电极用于接收检测液，通过参比电极和工作电极检测后产生的电流信号，经微电流检测模块以及滤波模块转换为可测量范围的电流信号，经a/d采样模块采样并将采样信号传送至微处理器；
15.所述信号发射模块与智能终端信号连接，微处理器将获得的采样信号通过信号发射模块发送至智能终端，所述智能终端包括通讯模块和数据处理模块，智能终端上的通讯模块接收到微处理器传来的信号，经数据处理模块上的循环伏安法检测程序处理后通过智能终端上的可视化显示分别得出抗坏血酸、多巴胺和尿酸的实时数据。
16.优选的，所述智能终端上还包括数据存储模块，用于存储电化智能终端上可视化显示的抗坏血酸、多巴胺和尿酸的实时数据。
17.优选的，所述智能终端与电化学检测设备通过串口连接或通过无线连接。
18.上述cofe@g材料的制备方法，包括以下步骤：共沉淀法制备前驱体cofepba，再退火得cofe@g材料。
19.优选的，所述共沉淀法制备前驱体cofepba的条件为：
20.k3fe(cn)6水溶液与c4h6coo4·
4h2o和c6h5na3o7·
2h2o的水溶液共混，且k3fe(cn)6、c4h6coo4·
4h2o和c6h5na3o7·
2h2o三者的质量比为1：1-1.2：1.5-2.5,水浴加热下经70～90℃老化0.5～1d、离心得紫色固体沉淀；再经洗涤、干燥得产品cofe pba。
21.进一步的，所述k3fe(cn)6、c4h6coo4·
4h2o、c6h5na3o7·
2h2o的质量之比为1：1.14：1.9，水浴加热下经80℃选老化0.5d；用乙醇、水洗涤，70℃下干燥1d。
22.优选的，所述退火的条件为：cofe pba在n2中以8～15℃
·
min-1
的加热速率在600～800℃下退火1～1.5h，得到黑色固体产品cofe@g。
23.进一步的，所述退火的条件为：cofe pba在n2中以10℃
·
min-1
的加热速率在700℃下退火1h，得到黑色固体产品cofe@g。
24.本发明的有益效果是：实现抗坏血酸、多巴胺和尿酸的快速、同时检测，大大提高检测效率，同时相比传统检测，其体积小巧，使用方便，生产成本低，可大大降低人力成本。
附图说明
25.图1为本发明的检测系统示意图；
26.图2为本发明的检测系统的检测流程图，其中ce、we、re分别表示对电极、工作电极、参比电极；
27.图3为本发明中尿酸、多巴胺和抗坏血酸同时检测的cv曲线图；
28.图4为本发明中cofe@g材料的tme图。
29.图中：1、传感器；2、电化学检测设备；3、智能终端；4、传感器驱动电路。
具体实施方式
30.为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
31.实施例1cofe@g的制备
32.通过共沉淀法制备前驱体cofe pba，退火得cofe@g纳米颗粒，具体步骤如下：
33.0.132g k3fe(cn)6溶于60ml水得溶液a，0.15g c4h6coo4·
4h2o和0.17g c6h5na3o7·
2h2o溶于40ml水，得溶液b；
34.搅拌15s内溶液a和溶液b混合，然后将混合溶液转移到水浴锅中，80℃下老化12h；
35.离心收集紫色固体沉淀，用水和乙醇洗涤，在70℃下干燥24h，得产品cofepba；
36.cofepba在n2中以10℃/min的加热速率，在700℃下退火1h，得黑色固体产品cofe@g，且g、co和fe占cofe@g材料的质量百分比分别为64.5％、17.75、17.75，cofe@g材料的粒径为20-150％(如图4所示)。
37.实施例2传感器的制造
38.采用丝网印刷法制备三电极体系的传感电极，包括工作电极、对电极与参比电极。
39.对电极与参比电极分别用碳导电浆与银导电浆印刷，银导电浆采用商用常见的银导电浆产品(如3110银浆)，将碳导电浆用常规稀释剂(如783开油水)按1:9(稀释剂:碳导电浆，w/w)稀释，倒入5ml左右在网版上进行印刷，连续刷两层，得到对电极和工作电极；
40.之后再在工作电极上滴涂实施例1中所制得的cofe@g材料(即工作电极的下层为碳导电浆，上层为cofe@g材料，如图4所示)。
41.参比电极采用无稀释的银导电浆印刷，倒入5ml左右在网版上进行印刷，连续刷两层。
42.实施例3可同时检测尿酸、多巴胺和抗坏血酸的即时检测系统
43.如图1、2所示，包括电化学检测设备2、智能终端3和实施例2的传感器1，电化学检测设备2包括带有传感器驱动电路4的试剂盒，试剂盒的一端开设有槽口；
44.还包括试纸条，试纸条的一端设有检测区，传感器1安装在检测区，且传感器1上的工作电极的形状设为圆形，并位于检测区中间，传感器1的对电极和参比电极的形状均为弧形，且围绕工作电极分布；
45.试纸条的另一端设有三个信号输入/输出插口，且分别与工作电极、参比电极和对电极电连接，传感器驱动电路4的一端共设有三个信号输入/输出插口，且传感器驱动电路4上的三个信号输入/输出插口位于槽口处，并分别与试纸条上的三个信号输入/输出插口相插接，试剂盒的另一端设有信号发射模块，且信号发射模块与传感器驱动电路4电连接；
46.传感器驱动电路4包括带微处理器的控制模块、a/d采样模块、恒电位器、微电流检测模块、滤波模块和d/a数模转换模块；微处理器经过d/a转换模块发出电压激励信号，驱动恒电位器连接传感器1的参比电极或对电极，与传感器1的工作电极产生压差，工作电极用于接收检测液，通过参比电极和工作电极检测后产生的电流信号，经微电流检测模块以及滤波模块转换为可测量范围的电流信号，经a/d采样模块采样并将采样信号传送至微处理器；
47.信号发射模块与智能终端信号连接，微处理器将获得的采样信号通过信号发射模块发送至智能终端，智能终端包括通讯模块和数据处理模块，智能终端上的通讯模块接收到微处理器传来的信号，经数据处理模块上的循环伏安法检测程序处理后通过智能终端上的可视化显示分别得出抗坏血酸、多巴胺和尿酸的实时数据。
48.微处理器用stm32微控制器模块。
49.恒电位器作为检测电路的核心，主要起维持参比电极与工作电极之间的电位恒定，以保证参比电极上无电流通过的作用。
50.智能终端3包括智能手机、ipad或计算机。
51.实施例4同时检测抗坏血酸(aa)、多巴胺(da)和尿酸(ua)方法
52.包括以下步骤：采用智能手机自带的循环伏安法检测程序，将含有40um尿酸(ua)、40um多巴胺(da)和1mm抗坏血酸(aa)的0.1m pbs(ph＝7.4)溶液滴在传感器1上进行检测，检测电位范围为-0.1～0.7v，扫描速度为50mv/s，在智能手机上显示出检测曲线。
53.图3中，三种物质的响应电位分别在抗坏血酸(aa)为0.08v，多巴胺(da)为0.26v，尿酸(ua)为0.42v。
54.上述步骤还包括：(1)、首先将传感器1与电化学检测设备2连接，便携式电化学检测设备2与智能手机连接；
55.(2)、打开智能手机自行安装的循环伏安法应用程序，确定设备连接正常；
56.(3)、将20ul样品滴加到传感器1的工作电极上；
57.(4)点击智能手机自行安装的循环伏安法应用程序中“开始”按钮；
58.(5)按照上述检测曲线的步骤开始工作，得到检测数据；
59.(6)智能手机保存数据并分析；
60.(7)清洗电极或更改电极，电极包括参比电极、对电极和工作电极；
61.(8)循环以上步骤进行循环多样品检测。
62.需要说明的是，电化学检测设备2采用便携式电化学检测设备。
63.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.传感器，其特征在于，采用三电极体系，以碳导电浆作为对电极,银导电浆作为参比电极,碳导电浆和cofe@g材料复合后作为工作电极，其中：g占cofe@g材料的质量百分比为50-80％，co元素和fe元素占cofe@g材料的质量百分比相等，且cofe@g材料的粒径为20-150nm。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：所述工作电极的制备方法，包括以下步骤：碳导电浆与稀释剂按质量比为1:4-10稀释，稀释后印刷，再滴涂cofe@g材料制得工作电极。3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于：印刷的层数为2层，工作电极的总厚度为0.5-0.8mm。4.可同时检测尿酸、多巴胺和抗坏血酸的即时检测系统，其特征在于：包括电化学检测设备、智能终端和如权利要求1所述的传感器，所述电化学检测设备包括带有传感器驱动电路的试剂盒，所述试剂盒的一端开设有槽口；还包括试纸条，所述试纸条的一端设有检测区，所述传感器安装在检测区，且传感器上的工作电极的形状设为圆形，并位于检测区中间，传感器的对电极和参比电极的形状均为弧形，且围绕工作电极分布；所述试纸条的另一端设有三个信号输入/输出插口，且分别与工作电极、参比电极和对电极电连接，所述传感器驱动电路的一端共设有三个信号输入/输出插口，且传感器驱动电路上的三个信号输入/输出插口位于槽口处，并分别与试纸条上的三个信号输入/输出插口相插接，所述试剂盒的另一端设有信号发射模块，且所述信号发射模块与传感器驱动电路电连接；所述传感器驱动电路包括带微处理器的控制模块、a/d采样模块、恒电位器、微电流检测模块、滤波模块和d/a数模转换模块；微处理器经过d/a转换模块发出电压激励信号，驱动恒电位器连接传感器的参比电极或对电极，与传感器的工作电极产生压差，工作电极用于接收检测液，通过参比电极和工作电极检测后产生的电流信号，经微电流检测模块以及滤波模块转换为可测量范围的电流信号，经a/d采样模块采样并将采样信号传送至微处理器；所述信号发射模块与智能终端信号连接，微处理器将获得的采样信号通过信号发射模块发送至智能终端，所述智能终端包括通讯模块和数据处理模块，智能终端上的通讯模块接收到微处理器传来的信号，经数据处理模块上的循环伏安法检测程序处理后通过智能终端上的可视化显示分别得出抗坏血酸、多巴胺和尿酸的实时数据。5.根据权利要求2所述的可同时检测尿酸、多巴胺和抗坏血酸的即时检测系统，其特征在于：所述智能终端上还包括数据存储模块，用于存储电化智能终端上可视化显示的抗坏血酸、多巴胺和尿酸的实时数据。6.根据权利要求2所述的可同时检测尿酸、多巴胺和抗坏血酸的即时检测系统，其特征在于：所述智能终端与电化学检测设备通过串口连接或通过无线连接。7.权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述cofe@g材料的制备方法，包括以下步骤：共沉淀法制备前驱体cofepba，再退火得cofe@g材料。8.根据权利要求7所述的传感器，其特征在于：所述共沉淀法制备前驱体cofepba的条件为：
k3fe(cn)6水溶液与c4h6coo4·
4h2o和c6h5na3o7·
2h2o的水溶液共混，且k3fe(cn)6、c4h6coo4·
4h2o和c6h5na3o7·
2h2o三者的质量比为1：1-1.2：1.5-2.5，水浴加热下经70～90℃老化0.5～1d、离心得紫色固体沉淀；再经洗涤、干燥得产品cofepba。9.根据权利要求7所述的传感器，其特征在于：所述退火的条件为：cofepba在n2中以8～15℃
·
min-1
的加热速率在600～800℃下退火1～1.5h，得到黑色固体产品cofe@g。

技术总结
本发明公开了可同时检测尿酸、多巴胺和抗坏血酸的即时检测系统和传感器，属于快速检测技术领域。传感器包括采用三电极体系，以碳导电浆作为对电极,银导电浆作为参比电极,碳导电浆和CoFe@G材料复合后作为工作电极，其中：G占CoFe@G材料的质量百分比为50-80％，Co元素和Fe元素占CoFe@G材料的质量百分比相等，且CoFe@G材料的粒径为20-150nm。本发明可实现抗坏血酸、多巴胺和尿酸的快速、同时检测，大大提高检测效率，同时相比传统检测，其体积小巧，使用方便，生产成本低，可大大降低人力成本。可大大降低人力成本。可大大降低人力成本。


技术研发人员：吴江红 郑舒蓝 杭晨 胡俊青
受保护的技术使用者：深圳技术大学
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/8/9