一种应用于非损伤微测系统的生长素传感器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种选择性传感器及其制备方法，特别是涉及一种应用于非损伤微测系统的生长素传感器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]植物生长素由具分裂和增大活性的细胞区产生的调控植物生长方向的激素。其化学本质是吲哚乙酸。主要作用是使植物细胞壁松弛，从而使细胞增长，在许多植物中还能增加RNA和蛋白质的合成。调节植物生长，尤其能刺激茎内细胞纵向生长并抑制根内细胞横向生长的一类激素。它可影响茎的向光性和背地性生长，在细胞分裂和分化、果实发育、插条时根的形成和落叶过程中也发挥了作用。
[0003]受技术手段和条件限制，主要是从生长素(IAA)的静态累积角度对这一过程进行描述和阐述。相关研究通常是以整个根部器官或组织作为研究对象并通过化学分析方法(如原子吸收、原子发射及其衍生方法)测定植物或外部溶液某些离子、分子静态浓度变化来间接认知。这些技术操作相对简单、易行，但同时也存在其局限性，主要表现在两方面:其一，破坏性取样，即先将植物组织研磨处理后再通过化学分析的方法检测离子、分子浓度，不能反映活体植物吸收生长素的特性;其二，时空分辨率低，其测定的是一定时间内整个根系对生长素(IAA)的吸收情况，不能精确地测定短时间内植物根系微区分子被吸收的情况。尽管后来人们相继开发出一些用于活体检测的方法:同位素示踪技术、膜片钳技术和荧光显微成像技术等，并获得了一些有关离子分布和运动的信息，但这些方法普遍具有时间分辨率差的问题。
[0004]基于上述方法获取的研究结果，一定程度上反应了植物吸收生长素(IAA)的规律，却无法真实反映活体条件下的动态作用过程机制。受检测技术手段、研究方法和技术条件限制，缺乏对根系界面过程活体、实时、动态信息的了解，因此难以对植物吸收、释放及转运生长素(IAA)的微观过程机制形成更深入理解和统一认识。
[0005]利用传感器进行测量的非损伤微测技术(Non-1nvasive Micro-TestTechnology, NMT )，是在计算机的控制下，利用离子/分子选择电极以不接触被测材料的非损伤方式测量进出被测样品的离子/分子浓度(μΜ级)、流速(10—12H1le.S—1.cm—2)及其三维运动方向的信息，从而克服了由于对样品的破坏性而造成的测试结果无法合理解释甚至造成研究假象的问题。同时，以其独特的时间(0.5s)和空间(1-3μπι)分辨率，正好适合于细胞内外离子/分子活性变化的测定，在时间和空间尺度上都具有无法替代的优势。
[0006]非损伤微测系统传感器的种类有玻璃电极、金属电极、碳丝电极等，可以测量的离子和分子有H+、Ca2+、K+、Na+、Mg2+、Cr、NH4+、N03—及02、H202、C02、N0等，被测样品可以是单细胞、多细胞、组织器官等生命材料，也可以是金属材料、颗粒材料、膜材料等非生命材料。随着离子/分子选择电极种类的不断增多以及电子线路系统和计算机硬件软件的逐步完善，非损伤微测技术逐渐被广泛应用到生命科学、基础医学、药学以及金属腐蚀研究等诸多领域。有学者开始将其应用于各种分子，然而目前开发的能成熟应用于非损伤微测系统(NMT)的分子选择性传感器仅有o2、H2o2两种，限制了该技术在环境科学领域的应用和发展。
【发明内容】
[0007]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种满足植物细胞、组织、器官微区内的生长素(IAA)流速及动态变化测量需要的传感器。
[0008]为实现上述目的，本发明提供了一种应用于非损伤微测系统的生长素传感器，包括金属电极，所述金属电极后端部连接有金属连接插头;所述金属电极的基体表面涂覆有绝缘层;所述金属电极的尖端部覆盖有电镀层，所述电镀层外包裹有纳米碳材料层。
[0009]较佳的，所述金属电极为铂/铱合金制成。
[0010]较佳的，所述金属电极的尖端部直径为2?3μπι。
[0011]较佳的，所述金属连接插头为黄金制成。
[0012]较佳的，所述绝缘层为聚对二甲苯层。
[0013]本发明所要解决的另一技术问题是提供一种满足植物细胞、组织、器官微区内的生长素(IAA)流速及动态变化测量需要的传感器的制备方法。
[0014]为实现上述目的，本发明提供了一种应用于非损伤微测系统的生长素传感器制备方法，按以下步骤进行:
[0015]步骤一、在金属电极涂覆绝缘层;所述绝缘层是利用化学气相沉积的方式制备而得，材质为聚对二甲苯；
[0016]步骤二、对金属电极的尖端部覆盖电镀层:
[0017]把所述金属电极的尖端部竖直放入盛有电镀液的容器中；用显微镜观察，找到所述金属电极的尖端部，并将其浸入电镀液约1500μπι处；
[0018]铂丝电极作为参比电极也一起放入电镀液中，所述金属电极后端部的金属连接插头与脉冲发生器输出端的正极相连，铂丝电极与脉冲发生器输出端的负极相连；
[0019]打开脉冲发生器，并将输出电压调至-5V，电镀时间为10?30秒；
[0020]电镀后将所述金属电极从电镀液中取出，并在空气中静置5?10分钟；
[0021]步骤三、在金属电极尖端部的电镀层外包裹碳纳米管:将电镀好的金属电极浸入碳纳米管溶液;浸入时间为I?5秒，然后从碳纳米管溶液溶液中取出，放在空气中静置5?10分钟;所述碳纳米管溶液以碳纳米管放入二甲基甲酰胺中超声溶解5min后制得;所述碳纳米管溶液浓度为lmg/mL。
[0022]本发明的有益效果是:本发明可以实现对样品表面微观区域生长素(IAA)浓度、流速及其运动方向等信息的实时、动态、无损伤检测，为生物材料生长素(IAA)微观过程和机制研究提供了一种新方法。其电极尖端直径在2?3μπι之间，可以满足细胞、组织的分子流检测要求;该传感器在2?ΙΟμΜ浓度的生长素(IAA)检测范围内具有良好的线性关系。
【附图说明】
[0023]图1是本发明一【具体实施方式】中生长素传感器的结构示意图。
[0024]图2为本发明实施例提供的生长素(IAA)传感器的线性响应范围图。
[0025]图3为本发明实施例提供的拟南芥根部微区不同位置的生长素(IAA)流速图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
[0027]如图1至图3所示，一种应用于非损伤微测系统的生长素传感器，包括金属电极I，所述金属电极I后端部连接有金属连接插头2;所述金属电极I的基体表面涂覆有绝缘层3;所述金属电极I的尖端部覆盖有电镀层4，所述电镀层4外包裹有纳米碳材料层5。
[0028]本实施例中，所述金属电极I为针状;所述金属电极I为铂/铱(Pt/Ir)合金制成。
[0029]所述金属电极I的尖端部直径为2?3μπι。
[°03°]所述金属连接插头2为黄金(Au)制成。
[0031]所述绝缘层3为聚对二甲苯层。
[0032]—种应用于非损伤微测系统的生长素传感器制备方法，将金属电极I与金属连接插头2连接后按以下步骤进行:
[0033]步骤一、在金属电极I涂覆绝缘层3;所述绝缘层3是利用化学气相沉积的方式制备而得，材质为聚对二甲苯(ParyIene-C)，厚度为3μηι。
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