流控参比电极系统以及应用其的生化分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物化学分析领域，特别涉及流控参比电极系统以及应用其的生化分析方法。
【背景技术】
[0002]过去的几十年里，在摩尔定律的指导下，微电子技术以惊人的速度迅猛发展。在繁荣的微电子产业的基础上出现的计算机技术和互联网技术，加快了信息的加工处理速度与信息的传输速率，大大方便了信息的传递与获取，为人类生活带来了翻天覆地的变化。由于电信号具有易处理易传输易保持的特性，科学家致力于将压力、温度、pH等各种各样的信号转化成电信号以便加工处理，从而实现对各种变化过程的检测和控制。
[0003]在电化学的研究中，尤其是各种电化学参数的测量中，三电极体系因其操作方便，所得数据可信度高而备受青睐。三电极由测试电极、参比电极和辅助电极组成，三电极体系包含两个回路，一个回路有测试电极和参比电极组成，用来测试测试电极的电化学反应过程，一般可称为测量回路；另一个回路有测试电极和辅助电极组成，起传输电子形成回路的作用，一般可称为极化回路。在测定测试电极的电化学反应过程中，希望参比电极上通过的电流尽量小，以此减小因电极极化引起的误差。传统意义上的参比电极是指用于测量指示电极电位的电极，一般要求电极电位已知、恒定，重现性好，温度系数小，电流通过时极化电位及机械扰动的影响小等。
[0004]在传统的电化学研究中，常使用饱和甘汞电极、银-氯化银电极等作为参比电极使用，如图1所示，I为金属头，2为不溶性盐或金属氧化物，3为阴离子池，4为带有孔洞的密封层。其中孔洞部分包含半透薄膜，对特定的离子具有选择透过性，最常见的为甘汞电极、银-氯化银电极和饱和硫酸铜电极等。当参比电极正常工作时，金属及其不溶性盐或氧化物与阴离子池中的阴离子发生电化学反应，产生电极电位，由于阴离子池保证了反应环境的稳定因而保证了电极电位的稳定。反应产生的阳离子或阴离子通过密封层的孔洞与试液进行交换，从而将参比电极的电极电势传递给试液。但这种电极存在体积大、寿命短、以及电解质添加、半透更换与维护、电极保存均非常复杂的缺陷。
[0005]为了检测溶液中特定离子的浓度，出现了一种将场效应管与离子检测结合起来的离子敏感场效应管(1n-Sensitive Field Effect Transistor，简称 “ ISFET”)。利用ISFET可以检测试液中的离子或分子，保持外加参比电压信号不变，当试液中特定的离子或分子与ISFET的敏感膜发生反应时，会引起场效应管沟道的能带变化，通过测量ISFET源漏端电信号可以检测试液中是否含有特定的成分。传统的参比电极可以为试液提供稳定的电势，但是由于传统参比电极以特定溶质的水溶液作为缓冲介质，体积较大，为了满足生化检测设备小型化的需要，又发展出传统新型参比电极，通过改变参比电极的结构和组成材料缩小电极的尺寸。
[0006]惰性金属具有优良的物理特性和稳定的化学特性，尤其铂金属经常被用作水的电解电极而不会被消耗。但是，研究发现由于惰性电极直接与试液进行接触，因此电极电势会受试液成分的影响。理论上差分型参比系统可以在获得稳定可靠信号的同时缩小器件的尺寸，并有望大规模地集成，实现在一块芯片上完成几千万项测试的目标。但就目前来看，还没有出现一种公认的钝化材料，在保证参比场效应管(REFET)与试液不发生任何反应的同时保证不改变REFET的电学参数，同时REFET钝化层的制备也会大大增加工艺的成本。背部引入栅电极的ISFET基于SOI硅片，背部电极通过电容耦合的方式作用于ISFET，避免了与试液直接接触，因此电极电势不会受试液成分的影响。但是由于SOI硅片的氧化隔离层厚度较大，背部电极施加的电压一般比较大，因此降低了器件的精度和稳定性。实验发现，通过在导电聚合物中填充特定的缓冲物质也可以制备参比电极，但是，其工作机理尚不明确。
[0007]通过研究发现，相对于传统的检测手段，利用ISFET进行生化检测具有很多优点，可以简化检测步骤，提高检测速率。而由于ISFET工作在小信号状态，对试液的电势变化十分明显，因此需要参比电极为试液提供稳定的电势，随着ISFET在生化检测领域的应用，简易、稳定的参比电极系统也会变得越来越重要。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种流控参比电极系统以及应用其的生化分析方法，使得流控参比电极系统可集成，易于维护，并且使用寿命长。
[0009]为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种流控参比电极系统，包含:一个参比液注入口，至少一个待测液注入口，至少一个出口，参比通道，待测液通道和检测通道;
[0010]所述参比液注入口与所述参比通道连通；所述待测液注入口与所述待测液通道连通；所述检测通道与所述出口连通；所述参比通道、所述待测液通道、所述检测通道交汇；
[0011]所述参比通道连接准参比电极；所述检测通道连接测试电极。
[0012]本发明的实施方式还提供了一种应用上述流控参比电极系统的生化分析方法，包含以下步骤:
[0013]从所述参比液注入口注入参比参比液；其中，注入所述参比溶液的速度根据所述参比通道与所述待测液通道之间的夹角及内径值确定；
[0014]待参比液注入结束之后，从所述待测液注入口注入待测试溶液；其中，注入待测试溶液的速度根据所述参比通道与所述待测液通道之间的夹角及内径值、测试电极的响应时间确定；
[0015]监测测试电极的电信号，并分析所述待测试溶液的组成成分或浓度。
[0016]本发明实施方式相对于现有技术而言，利用流控技术将参比电极系统与测试电极整合在一起，通过通道内流动的参比液与准参比电极构成流控参比电极系统为测试电极提供稳定的参比电势，一方面将参比通道与检测通道整合实现了参比系统与测试电极的集成，另一方面流动的参比液可以避免传统参比电极中因为参比液有效成分的耗尽或参比液中流入了测试液中的污染离子或分子导致参比作用失效，最后一方面当确定了准参比电极后，只需冲入合适的参比液便可实现参比电极系统的参比作用，由于此时参比电极系统使用寿命及稳定性主要由所选准参比电极物理化学特性及参比液种类决定，因此一旦确定了特性稳定的准参比电极及适当的参比液种类，参比电极可以无限制地循环使用下去。综上，使得本发明的参比电极可集成在检测系统中，具有电解质的添加简单，无需半透膜，易于维护，寿命长等优点。
[0017]另外，所述参比液通道与所述待测液通道之间的夹角呈预设角度，可以通过调整参比液通道与待测液通道之间的夹角，减小冲洗死角的大小，湍流区域的大小以及强度。
[0018]另外，所述参比液通道与所述待测液通道之间的夹角呈90度，其中一个通道呈水平方向，另一个通道呈竖直方向，且竖直方向的通道的内径与水平方向的通道内径呈预设值。
[0019]另外，所述参比液通道上设有一开口，所述准参比电极从所述开口处连接到通道内；或者，所述准参比电极从所述参比液注入口连接到所述参比通道内。使得参比电极与参比液充分接触，进一步提供稳定的参比电极电位。
[0020]另外，所述测试电极为离子敏感场效应管ISFET或金属敏感电极；所述检测通道上设有一开口，所述ISFET的栅极及所述金属敏感电极安装在所述开口处，方便将参比电极系统与测量模块集成。
[0021]另外，所述流控参比电极系统还包含废液通道；所述参比液通道、所述待测液通道、所述检测通道和所述废液通道交汇。使得参比液可以直接从出口处流出，无需转向，从而避免形成冲洗死角。
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