碳基全印刷介孔芯片及制备方法和其用于磷脂检测的方法与流程

本发明涉及一种碳基全印刷介孔芯片。更具体地说，本发明涉及一种碳基全印刷介孔芯片及其制备方法和其用于磷脂检测的方法。

背景技术：

磷脂是生物膜的主要组成成分，是维持细胞稳定性和各项生理活动正常进行的重要物质。磷脂是两性分子，一端为亲水的含氮或磷的结构，另一端为疏水(亲油)的长烃基链。磷脂的脂肪酸链多含有不饱和键，因此在制备和放置的过程中极易发生氧化。许多疾病都与磷脂氧化密切相关，如卵巢癌、乳腺癌、动脉粥样化、糖尿病和心血管疾病等。除了它在医学方面的研究，它在食品化学的影响也受到了越来越多的关注。近几年报道说明，磷脂氧化和肉品品质密切相关，氧化程度影响肉的香味、口感、营养价值以及食用安全等方面，因此对其实时定量检测十分必要。现有的检验的方法有滴定法、串联质谱法、高效液相色谱法以及气相色谱法等，但是这些方法检测成本较大，制样过程复杂，测量时间长。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种碳基全印刷介孔芯片，芯片采用无机材料，性质相对稳定且制备成本低，绿色无害；在抗干扰能力方面，该芯片对其他干扰物质例如脂肪酸等有良好的抗干扰性。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于碳基全印刷介孔芯片，其包括：自下而上利用全印刷技术印刷在fto导电玻璃基底上的介孔tio2光阳极、介孔zro2间隔层以及碳电极。

优选的是，所述介孔tio2光阳极的厚度为1-3μm，所述介孔zro2间隔层的厚度为1-2μm，所述碳电极的厚度为2-10μm。

本发明还提供了一种所述基于碳基全印刷介孔芯片的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一，将刻蚀好的fto导电玻璃基底依次置于含有清洗剂的水溶液、丙酮、酒精、超纯水中各超声20min，然后用热吹风枪吹干保存备用；

步骤二，将步骤一处理后的fto导电玻璃基底放于450℃高温热台，使用喷雾器将致密层前驱液喷涂于fto导电玻璃基底的导电面，形成tio2致密层；待其冷却后，使用丝网印刷套件将tio2浆料印刷在tio2致密层之上，70℃烘干，然后马弗炉500℃烧结30min，形成介孔tio2光阳极；

步骤三，在介孔tio2光阳极的结构层上继续印刷一层zro2间隔层，70℃烘干，然后使用马弗炉500℃烧结30min，冷却至室温备用；

步骤四，在介孔zro2间隔层上两次使用碳浆料印刷，70℃烘干，然后使用马弗炉400℃烧结碳膜30min，冷却至室温备用。

优选的是，所述步骤二中所述致密层前驱液为将5重量份的二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯的乙醇溶液加入50重量份的冰乙醇中制成。

本发明还提供了一种所述基于碳基全印刷介孔芯片的应用，所述基于碳基全印刷介孔芯片用于定量检测磷脂氧化程度。

优选的是，所述定量检测磷脂氧化程度的方法包括以下步骤：

步骤一，建立检测磷脂氧化的标准曲线：将磷脂滴涂在芯片表面，在40℃和0℃下分别氧化，同时采用滴定法检测其氧化后的pov值，记录峰电流与pov值并绘制工作曲线，建立检测磷脂氧化的标准曲线；

步骤二，将磷脂滴涂在芯片表面，通过不断滴加氯仿以确保磷脂渗透到tio2层，采用对探测器池施加外部偏压，并采用keithley2440数字源表对光生电流进行测量，获得碳基全印刷介孔芯片的j-v曲线。

本发明至少包括以下有益效果：本发明所述基于碳基全印刷介孔芯片采用无机材料，性质相对稳定且制备成本低，绿色无害；在抗干扰能力方面，该芯片对其他干扰物质例如脂肪酸等有良好的抗干扰性。所述碳基全印刷介孔芯片对磷脂(本发明以大豆卵磷脂为例)的检测，构建方法快捷，灵敏度高选择性好，无需预处理过程，且对磷脂来说是无损检测，并能够实时有效地检测磷脂的氧化程度；本发明所述基于碳基全印刷介孔芯片的应用，用于定量检测磷脂氧化程度，其建立检测磷脂氧化程度的线性方程，计算简单。本发明基于碳基全印刷介孔芯片的应用，能够快速灵敏实时高效的磷脂氧化检测方法，替代目前使用的前处理复杂，制样过程繁琐的检测方法。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例所述碳基全印刷介孔芯片的结构示意图；

图2为本发明未滴加大豆卵磷脂和大豆卵磷脂滴涂的碳基全印刷介孔芯片的j-v曲线；

图3为本发明所述大豆卵磷脂阻抗图；

图4为本发明光照条件下的大豆卵磷脂滴涂的碳基全印刷介孔芯片检测j-v曲线；

图5为本发明非光照条件下的大豆卵磷脂滴涂的碳基全印刷介孔芯片检测j-v曲线；

图6为本发明亚油酸滴涂的碳基全印刷介孔芯片检测j-v曲线；

图7为本发明肉豆蔻酸的碳基全印刷介孔芯片检测j-v曲线；

图8为本发明花生四烯酸的碳基全印刷介孔芯片检测j-v曲线；

图9为本发明棕榈酸的碳基全印刷介孔芯片检测j-v曲线；

图10为本发明40℃条件下大豆卵磷脂滴涂的碳基全印刷介孔芯片检测j-v图；

图11为本发明0℃条件下大豆卵磷脂滴涂的碳基全印刷介孔芯片检测j-v图；

图12为本发明储存在40℃和0℃条件下大豆卵磷脂滴涂的碳基全印刷介孔芯片的存储时间-电流的关系图；

图13为本发明大豆卵磷脂滴涂的碳基全印刷介孔芯片的jsc与pov值的线性拟合方程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本发明提供一种基于碳基全印刷介孔芯片，其包括：自下而上利用全印刷技术印刷在fto导电玻璃基底1上的介孔tio2光阳极2、介孔zro2间隔层3以及碳电极4。其中所述fto导电玻璃基底1为在玻璃基底上刻蚀fto层制成。介孔tio2光阳极2、介孔zro2间隔层3以及碳电极4均通过丝网印刷工艺制作在fto导电玻璃基底1，通过高温烧结，蒸发掉有机物，产生介孔。本发明所述基于碳基全印刷介孔芯片采用无机材料，性质相对稳定且制备成本低，绿色无害。

在其中一个实施例中，如图1所示，所述介孔tio2光阳极2的厚度为1-3μm，所述介孔zro2间隔层3的厚度为1-2μm，所述碳电极4的厚度为2-10μm。每层的厚度可以通过印刷次数的多少来控制。每层厚度可以根据待检测的磷脂种类进行设置。

本发明还提供了一种所述基于碳基全印刷介孔芯片的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一，将刻蚀好的fto导电玻璃基底1依次置于含有清洗剂的水溶液、丙酮、酒精、超纯水中各超声20min，然后用热吹风枪吹干保存备用：

步骤二，将步骤一处理后的fto导电玻璃基底1放于450℃高温热台，使用喷雾器将致密层前驱液喷涂于fto导电玻璃基底的导电面，形成tio2致密层；待其冷却后，使用丝网印刷套件将tio2浆料印刷在tio2致密层之上，70℃烘干，然后马弗炉500℃烧结30min，形成介孔tio2光阳极2；

步骤三，在介孔tio2光阳极2的结构层上继续印刷一层zro2间隔层，70℃烘干，然后使用马弗炉500℃烧结30min，冷却至室温备用；

步骤四，在介孔zro2间隔层3上两次使用碳浆料印刷，70℃烘干，然后使用马弗炉400℃烧结碳膜30min，冷却至室温备用。

在其中一个实施例中，所述步骤二中所述致密层前驱液为将5重量份的二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯的乙醇溶液加入50重量份的冰乙醇中制成。

本发明还提供了一种所述基于碳基全印刷介孔芯片的应用，所述基于碳基全印刷介孔芯片用于定量检测磷脂氧化程度。

在其中一个实施例中，所述定量检测磷脂氧化程度的方法包括以下步骤：

步骤一，建立检测磷脂氧化的标准曲线：将磷脂滴涂在芯片表面，在40℃和0℃下分别氧化，同时采用滴定法检测其氧化后的pov值，记录峰电流与pov值并绘制工作曲线，建立检测磷脂氧化的标准曲线；

步骤二，将磷脂滴涂在芯片表面，通过不断滴加氯仿以确保磷脂渗透到tio2层，采用对探测器池施加外部偏压，并采用keithley2440数字源表对光生电流进行测量，获得碳基全印刷介孔芯片的j-v曲线。

实施例1

以大豆卵磷脂为例，本发明所述定量检测磷脂氧化程度的方法包括以下步骤：

步骤一，建立检测磷脂氧化的标准曲线：将大豆卵磷脂滴涂在芯片表面，在40℃和0℃下分别氧化，同时采用滴定法检测其氧化后的pov值，记录峰电流与pov值并绘制工作曲线，建立检测卵磷脂氧化的标准曲线。

步骤二，检测：将大豆卵磷脂滴涂在芯片表面，利用卵磷脂的两亲性，通过不断滴加氯仿以确保大豆卵磷脂渗透到tio2层。j-v曲线测量采用对探测器池施加外部偏压，并采用keithley2440数字源表对光生电流进行测量；时间响应曲线通过单色仪和keithley2440数字源表组成的系统测得。通过sem、j-v曲线、时间电流响应等研究了碳基全印刷介孔芯片的结构和光电响应性能，并对不同氧化时间的磷脂进行检测。使用的标准太阳光由oriel94043aaa型太阳光模拟器(newport，美国)提供，每次测试前均要通过标准硅电池的输出来校对模拟器的输出光功率。

下面进行验证试验

一)检测未滴加大豆卵磷脂和大豆卵磷脂滴涂的碳基全印刷介孔芯片的j-v曲线，见图2。从图2中可以看出，大豆卵磷脂滴涂的碳基全印刷介孔芯片的jsc值不为0。该方法可以用于大豆卵磷脂检测。

大豆卵磷脂氧化后分解为羟基环二氧化物、过氧化氢、环氧酯、酮酯等。从图3可以看出氧化后大豆卵磷脂阻抗变大，反映到电流上为jsc减小。

二)建立光照和非光照条件下的大豆卵磷脂滴涂的碳基全印刷介孔芯片检测j-v曲线，见图4和图5。从图4和图5中可以看出，光照能够加速卵磷脂的氧化分解，这和左图中jsc从0.043ma·cm^-2迅速下降到0.011ma·cm^-2相对应。而在非光照条件下(如右图)，jsc相对稳定。本发明所述检测方法具有快速、实时检测，且无需预处理过程，且对碳基全印刷介孔芯片上的磷脂来说是无损检测。

三)抗干扰性分析：

选择亚油酸、肉豆蔻酸、花生四烯酸和棕榈酸作为干扰检测。将干扰物质滴定到碳基全印刷介孔芯片上，测定j-v曲线(见图6-9)，实验结果表明，这些物质jsc相较于大豆卵磷脂测定的jsc无明显干扰。

四)大豆卵磷脂滴涂碳基全印刷介孔芯片的jsc与pov值的关系

将大豆卵磷脂滴涂的碳基全印刷介孔芯片储存在40℃和0℃条件下制作其j-v图。如图10所示，40℃存储下碳基全印刷介孔芯片的jsc从0.048ma·cm^-2明显下降到0.018ma·cm^-2。因为碳基全印刷介孔芯片使用的都是无机材料，性质相对稳定。因此电流下降的原因只可能是由于大豆卵磷脂氧化造成的。低温会降低体系能量，从而减缓大豆卵磷脂的氧化速度。对应于图11所示，保存在0℃存储条件下的大豆卵磷脂滴涂的碳基全印刷介孔芯片的jsc电流几乎没有变化。因此，温度越低，磷脂氧化程度越慢(如图12)。pov值可用于表示磷脂氧化程度。为了确定jsc与磷脂氧化程度的关系，本实验采用碘量法测定过氧化值。测定了储存在40℃条件下，大豆卵磷脂氧化后的过氧化物与过量的ki反应生成i2，析出的i2用na2s2o3滴定，求出每千克卵磷脂氧化后产生的过氧化物的毫摩尔数，即为pov值。将pov值与碳基全印刷介孔芯片的jsc电流拟合，绘制曲线，得到线性方程：pov＝-1610×current+90(如图13)。检测不同氧化程度大豆卵磷脂滴涂的碳基全印刷介孔芯片的jsc，通过线性方程计算，可以得到卵磷脂的pov值，与实际检测的pov值吻合较好。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。