選擇性微電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微電極，特別是一種應(yīng)用于非損傷微測(cè)系統(tǒng)的Cu2+選擇性微電極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]認(rèn)識(shí)重金屬的植物根際微界面過(guò)程對(duì)改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量及保障人體健康具有重要科學(xué)意義和實(shí)際價(jià)值。傳統(tǒng)方法由于對(duì)樣品的破壞性常造成研宄結(jié)果無(wú)法合理解釋甚至導(dǎo)致研宄假象，發(fā)展和應(yīng)用能夠真實(shí)客觀反映污染物微界面實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)信息的新方法對(duì)深入探索其微觀機(jī)制意義重大。傳統(tǒng)技術(shù)操作相對(duì)簡(jiǎn)單、易行，但同時(shí)也存在其局限性，主要表現(xiàn)在兩方面:其一，破壞性取樣，即先將植物組織研磨處理后再通過(guò)化學(xué)分析的方法檢測(cè)離子濃度，不能反映活體植物吸收重金屬的特性；其二，時(shí)空分辨率低，其測(cè)定的是一定時(shí)間內(nèi)整個(gè)根系對(duì)離子的吸收情況，不能精確地測(cè)定短時(shí)間內(nèi)植物根系微區(qū)離子被吸收的情況。基于上述方法獲取的研宄結(jié)果，一定程度上反應(yīng)了植物吸收重金屬離子的規(guī)律，卻無(wú)法真實(shí)反映活體條件下的動(dòng)態(tài)作用過(guò)程機(jī)制。受檢測(cè)技術(shù)手段、研宄方法和技術(shù)條件限制，缺乏對(duì)根系界面過(guò)程活體、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)信息的了解，因此難以對(duì)植物吸收、釋放及轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬離子的微觀過(guò)程機(jī)制形成更深入理解和統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。
[0003]美國(guó)MBL實(shí)驗(yàn)室(Marine B1logy Laboratory，海洋生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室)的科學(xué)家Kuhtreiber和Jaffetl]使用非損傷微電極測(cè)量了進(jìn)出細(xì)胞的Ca 2+流速和運(yùn)動(dòng)方向，開(kāi)創(chuàng)了生物活體靜態(tài)測(cè)量到動(dòng)態(tài)測(cè)量轉(zhuǎn)變的先河。非損傷微測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)對(duì)象不產(chǎn)生任何傷害的情況下實(shí)時(shí)獲取進(jìn)出樣品的離子/分子濃度、流速及其運(yùn)動(dòng)方向等信息，從而克服了由于對(duì)樣品的破壞性而造成的測(cè)試結(jié)果無(wú)法合理解釋甚至造成研宄假象的問(wèn)題。同時(shí)，以其獨(dú)特的時(shí)間(0.5s)和空間(2-5μπι)分辨率，正好適合于細(xì)胞內(nèi)外離子/分子活性變化的測(cè)定，在時(shí)間和空間尺度上都具有無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。非損傷微測(cè)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)根表離子/分子流活體、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，無(wú)疑將有助于加深對(duì)植物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)離子/分子過(guò)程和機(jī)制的認(rèn)識(shí)。
[0004]作為非損傷微測(cè)技術(shù)的核心，微電極的種類有玻璃電極、金屬電極、碳絲電極等，可以測(cè)量的離子和分子有 H+、Ca2+、K+、Na+、Mg2+、Cl' NH4+、Ν03_及 O 2、H2O2' CO2、NO 等[2-11]，被測(cè)樣品可以是單細(xì)胞、多細(xì)胞、組織器官等生命材料，也可以是金屬等非生命材料。隨著離子/分子選擇電極種類的不斷增多以及電子線路系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件軟件的逐步完善，非損傷微測(cè)技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用到生命科學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、以及金屬腐蝕研宄等諸多領(lǐng)域。然而迄今為止開(kāi)發(fā)應(yīng)用于非損傷微測(cè)系統(tǒng)的重金屬離子選擇性微電極僅有Cd2+的一種，極大地限制了該技術(shù)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于非損傷微測(cè)系統(tǒng)的Cu2+選擇性微電極及其制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種應(yīng)用于非損傷微測(cè)系統(tǒng)的Cu2+選擇性微電極，包括錐形玻璃微電極管1，錐形玻璃微電極管I腔內(nèi)填充有膜后灌充液2，錐形玻璃微電極管I尖端部注有Cu2+液態(tài)離子交換劑LIX 5，錐形玻璃微電極管I內(nèi)安裝有Ag/AgCl絲導(dǎo)線3，錐形玻璃微電極管I的管口用環(huán)氧樹(shù)脂密封并固定Ag/AgCl絲3。
[0008]所述錐形玻璃微電極管I尖端直徑為4?5 μ m。
[0009]所述膜后灌充液由1.0mM CuCljP L OmM Na 2EDTA組成，pH調(diào)到7。
[0010]所述Cu2+液態(tài)離子交換劑LIX為按質(zhì)量百分比計(jì)，10-18% 二苯基硫卡巴腙、5-12%四(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸鈉、5-10%四(4-氯苯基)硼酸四(十二烷基)銨和60-80% 2-硝基苯基辛基醚。
[0011]一種應(yīng)用于非損傷微測(cè)系統(tǒng)的Cu2+選擇性微電極的制備方法，由硼硅酸鹽玻璃毛細(xì)管拉制成尖端直徑為4?5 μ m的錐形玻璃微電極管，錐形玻璃微電極管內(nèi)壁進(jìn)行硅烷化使其變?yōu)槭杷裕杷幚砗髲牟Ａ㈦姌O管后端注入膜后灌充液，尖端灌充Cu2+液態(tài)離子交換劑LIX(liquid 1n exchanger)，Ag/AgCl導(dǎo)線安裝于微電極管內(nèi)，在管尾部用環(huán)氧樹(shù)脂固定Ag/AgCl絲和密封玻璃管，即制得Cu2+選擇性微電極。
[0012]所述膜后灌充液的灌充高度為錐形玻璃微電極管長(zhǎng)度的1/4?1/2 ;所述LIX的灌充高度為80?120 μ m。
[0013]所述將Ag/AgCl絲導(dǎo)線插入膜后灌充液中使其一端直至接近錐形玻璃微電極管的尖端，然后用環(huán)氧樹(shù)脂在錐形玻璃微電極管的管口固定Ag/AgCl絲和密封錐形玻璃微電極管，并使Ag/AgCl導(dǎo)線另一端一端露出錐形玻璃微電極管尾部，即制得Cu2+選擇性微電極。
[0014]其中Ag/AgCl導(dǎo)線的制備步驟如下:
[0015]取一根適當(dāng)長(zhǎng)的銀絲，用砂紙打磨以除去其表面的氧化層；
[0016]取一根貴金屬絲或碳棒接到電源的陰極上，將打磨過(guò)的銀絲接到電源的陽(yáng)極上，在1.5V的直流電壓下，在飽和氯化鉀溶液中電鍍2s即可制成Ag/AgCl絲。
[0017]—種應(yīng)用于非損傷微測(cè)系統(tǒng)的Cu2+選擇性微電極的應(yīng)用，所述Cu 2+選擇性微電極適用于實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、無(wú)損測(cè)定樣品表面微觀區(qū)域內(nèi)Cu2+的濃度、流速及運(yùn)動(dòng)方向的信息。
[0018]具體是，在待測(cè)樣品的固液界面上采用所述選擇性微電極測(cè)定其表面微觀區(qū)域內(nèi)Cu2+的濃度、流速及運(yùn)動(dòng)方向的信息。
[0019]一種應(yīng)用于非損傷微測(cè)系統(tǒng)的Cu2+選擇性微電極的檢測(cè)方法，采用所述選擇性微電極在待測(cè)樣品的固液界面上微觀區(qū)域內(nèi)，通過(guò)微電極尖端灌充的離子交換劑實(shí)現(xiàn)對(duì)Cu2+的選擇性識(shí)別，測(cè)定微觀區(qū)域內(nèi)設(shè)定距離的兩點(diǎn)之間的電位差，而后通過(guò)Fick第一擴(kuò)散定律獲得離子的移動(dòng)速率，繼而實(shí)現(xiàn)測(cè)定待測(cè)樣品內(nèi)Cu2+的濃度、流速及運(yùn)動(dòng)方向的信息。
[0020]本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn):
[0021]本發(fā)明的Cu2+選擇性微電極，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面微觀區(qū)域Cu2+濃度、流速及其運(yùn)動(dòng)方向等信息的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、無(wú)損檢測(cè)，為生物和非生物材料表面Cu2+的微觀過(guò)程和機(jī)制研宄提供了一種新方法。本發(fā)明的微電極尖端直徑在4?5 μπι之間，可以滿足細(xì)胞、組織的離子流檢測(cè)要求；該微電極在10_6?10 -1M Cu2+濃度檢測(cè)范圍內(nèi)具有很好的線性關(guān)系R2 =0.9994，能斯特斜率為26.18mV/dec ;微電極的響應(yīng)時(shí)間t95%小于Is。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的Cu2+選擇性微電極的結(jié)構(gòu)示意圖，其中的標(biāo)號(hào)分別為:
1.微電極管;2.灌充液;3.Ag/AgCl導(dǎo)線;4.環(huán)氧樹(shù)脂;5.Cu2+液態(tài)離子交換劑LIX ；
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的Cu2+選擇性微電極的測(cè)定線性響應(yīng)范圍圖。
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的香蒲(Typha Iatifolia)根尖微區(qū)不同位置的Cu2+離子流速圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]【具體實(shí)施方式】參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的銅離子選擇性微電極，包括一個(gè)玻璃微電極管1，在玻璃微電極管I的腔內(nèi)填充有膜后灌充液2，玻璃微電極管I的尖端部注有Cu2+液態(tài)離子交換劑LIX5，玻璃微電極管I內(nèi)安裝有Ag/AgCl導(dǎo)線3，在玻璃微電極管I的尾部用環(huán)氧樹(shù)脂4固定Ag/AgCl絲3和密封玻璃微電極管I。
[0027]玻璃微電極管I為單層管，膜后灌充液1.0mM CuCljP 1.0mM Na 2EDTA組成，pH調(diào)到7。
[0028]該銅離子選擇性微電極，其尖端為4?5 μ m，線性響應(yīng)范圍為KT1?10 _6M，斜率為26.18mV/_log[Cu2+]，檢測(cè)下限為 10 6M0
[0029]實(shí)施例1
[0030]Cu2+選擇性微電極由圖1所示，包括玻璃微電極管1，在玻璃微電極管I的腔內(nèi)填充有膜后灌充液2，玻璃微電極管I的尖端部注有Cu2+液態(tài)離子交換劑LIX 5，玻璃微電極管I內(nèi)安裝有Ag/AgCl導(dǎo)線3，在玻璃微電極管I的尾部用環(huán)氧樹(shù)脂4固定Ag/AgCl絲3和密封玻璃微電極管I。玻璃微電極管I為單層管，膜后灌充液1.0mM CuCljP 1.0mM Na2EDTA組成，pH為7。Cu2+液態(tài)離子交換劑LIX按質(zhì)量百分比計(jì)10% (w/w)的二苯基硫卡巴腙、12% (w/w)的四(3，5-二(三氟甲基)苯基)硼酸鈉、10% (w/w)的四(4-氯苯基)硼酸四(十二烷基)銨和68% (w/w)的2-硝基苯基辛基醚而成。
[0031]Cu2+選擇性微電極的制備方法，包括下列步驟:
[0032]I)拉制微電極管:按照常規(guī)的拉制方式，將硼硅酸鹽玻璃毛細(xì)管(外徑1.5mm,內(nèi)徑1.05mm，長(zhǎng)度5cm)固定在加熱線圈的中間位置，加熱使其自由落下，再將玻璃管的尖端朝上，固定在夾子上，再次加熱使其尖端直徑在4 μπι的范圍內(nèi)。在使用前，微電極管需通過(guò)顯微鏡檢查其外形，特別是管口是否平整。管口不規(guī)整以及管口不是圓形的