李龍飛, 尤 暉

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院,安徽 合肥 230601; 2.廣西大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,廣西 南寧 530004)

微芯片電泳電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測(cè)(microchip electrophoresis-capacitively coupled contactless conductivity detection,ME-C4D)是微芯片電泳(microchip electrophoresis,ME)與電容耦合式非接觸電導(dǎo)檢測(cè)(capacitively coupled contactless conductivity detection,C4D)的集成,避免了檢測(cè)電極被待測(cè)溶液腐蝕和污染,并能有效隔離在檢測(cè)通道施加的高壓,避免高壓干擾[1],具有樣品消耗量少、分離性能好、設(shè)備成本低、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)[2],被廣泛用于醫(yī)藥檢測(cè)[3]和食品檢測(cè)[4]等諸多方面。

通過(guò)結(jié)構(gòu)和材料優(yōu)化檢測(cè)電極的設(shè)計(jì)是改善ME-C4D系統(tǒng)檢測(cè)性能的有效途徑。文獻(xiàn)[5]通過(guò)在1個(gè)微管道上設(shè)置2個(gè)相同的電極檢測(cè)區(qū),將2次檢測(cè)得到的信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償,提高檢測(cè)信號(hào)的信噪比和穩(wěn)定性;文獻(xiàn)[6]通過(guò)使用SU8玻璃芯片和材料金進(jìn)行電極設(shè)計(jì),從而提高檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度,實(shí)驗(yàn)在法拉第籠內(nèi)進(jìn)行,以屏蔽外界信號(hào)的干擾。上述電極結(jié)構(gòu)提高檢測(cè)系統(tǒng)綜合性能的同時(shí)均存在制作工藝復(fù)雜、檢測(cè)系統(tǒng)集成度低、成本昂貴等缺點(diǎn),相比之下,印制電路板(printed circuit board,PCB)具有工藝成熟、制作簡(jiǎn)單、成本低廉、可拆卸等優(yōu)點(diǎn),逐漸被應(yīng)用于ME-C4D的電極制作[7-10],其中多為單層PCB,關(guān)于使用多層PCB設(shè)計(jì)檢測(cè)電極的研究很少。文獻(xiàn)[7-8]提出的PCB電極分別應(yīng)用于細(xì)胞檢測(cè)和抗酸片的定量分析,對(duì)電極信號(hào)的傳輸未做任何保護(hù);文獻(xiàn)[9]使用標(biāo)準(zhǔn)工藝在PCB上制作電極圖案,通過(guò)層壓-光刻-層壓和感光干膜技術(shù)將微管道制作在電極板上,檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)0.1 mmol/L的NH4+、Li+、Sr2+成功分離,但是檢測(cè)信號(hào)的基線非常不穩(wěn)定;文獻(xiàn)[10]提出一種基于單層PCB的微電泳芯片檢測(cè)電極,雖然實(shí)現(xiàn)了K+、Na+、Li+3種離子的檢測(cè)和分離且檢測(cè)限達(dá)到2 mmol/L,但是該電極存在檢測(cè)信號(hào)信噪比較低、抗干擾能力差、檢測(cè)信號(hào)不穩(wěn)定等缺點(diǎn),在很大程度上限制了微電泳芯片的廣泛應(yīng)用。

基于上述問(wèn)題,本文提出一種基于多層PCB的ME-C4D電極,將檢測(cè)電極結(jié)構(gòu)合理地分布在多層PCB的內(nèi)層和外層,從而提高檢測(cè)信號(hào)在傳輸過(guò)程中的抗干擾能力。本文通過(guò)離子檢測(cè)實(shí)驗(yàn),對(duì)多層PCB電極的噪聲性能和檢測(cè)信號(hào)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,確定其最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù),進(jìn)而探究多層PCB電極檢測(cè)系統(tǒng)的綜合檢測(cè)性能,包括離子濃度的分辨能力、檢測(cè)線性度和檢測(cè)可重復(fù)性等。

1 ME-C4D檢測(cè)原理

ME-C4D系統(tǒng)如圖1所示。從圖1a可以看出,微電泳芯片是ME-C4D的基礎(chǔ)部分,主要由微管道、絕緣層和電極板構(gòu)成,微管道由精密數(shù)控機(jī)床在甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)板上制作,絕緣層為0.2 mm厚的PMMA膜,微管道與絕緣層通過(guò)熱壓鍵合技術(shù)形成封閉的微管道,檢測(cè)電極區(qū)(F)制作在多層PCB上,并通過(guò)螺栓與微管道裝配在一起,得到完整的微電泳芯片。

從圖1b可以看出,檢測(cè)系統(tǒng)基于鎖相放大器原理搭建,主要包括信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)處理電路、電流電壓轉(zhuǎn)換電路、系統(tǒng)控制模塊、高壓電源和個(gè)人電腦(personal computer,PC),其中信號(hào)處理電路包括相移模塊、鎖相放大電路、濾波電路,系統(tǒng)控制模塊以STM32為核心并包含數(shù)據(jù)采集模塊,采用串口在PC與STM32之間進(jìn)行通信,以實(shí)現(xiàn)控制指令的發(fā)出和檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

檢測(cè)時(shí),在微電泳芯片的待測(cè)液儲(chǔ)蓄池C中注入待測(cè)液;通過(guò)PC控制進(jìn)樣電壓和分離電壓的開(kāi)啟?？刂瞥绦?qū)⑦M(jìn)樣電壓施加在進(jìn)樣管道C、D兩端(C為正極,D為負(fù)極),在微管道中,由于電場(chǎng)力和電滲流力的作用,待測(cè)離子會(huì)由C向D移動(dòng),并使得離子分布在CD通道內(nèi);之后,程序自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)樣電壓并開(kāi)啟分離電壓,將其施加在分離管道A、B兩端(A為正極,B為負(fù)極)。由于在電場(chǎng)力作用下,溶液中不同離子的移動(dòng)速度是不同的,待測(cè)離子會(huì)逐漸分離并依次通過(guò)檢測(cè)電極區(qū)F。檢測(cè)電極區(qū)由激勵(lì)電極和接收電極構(gòu)成,激勵(lì)電極發(fā)出的高頻信號(hào),穿過(guò)微管道及其中的液體后,被接收電極接收,即為檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)微管道中的離子在電泳力的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)檢測(cè)電極區(qū)時(shí),導(dǎo)致其間介電性能變化,從而引起接收電極接收到的信號(hào)產(chǎn)生變化,并實(shí)時(shí)將該信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)處理電路與數(shù)據(jù)采集模塊,最后傳送至PC端。從檢測(cè)系統(tǒng)的組成和檢測(cè)原理可知,檢測(cè)電極承擔(dān)原始檢測(cè)信號(hào)的接收和傳輸,其綜合性能的好壞,直接影響離子檢測(cè)的結(jié)果。

2 多層PCB電極設(shè)計(jì)測(cè)試及優(yōu)化

2.1 電極設(shè)計(jì)

檢測(cè)電極是檢測(cè)信號(hào)傳輸?shù)闹匾d體。針對(duì)前文提及的電極缺點(diǎn),為了使電極具有更好的噪聲性能、獲取穩(wěn)定的檢測(cè)信號(hào)以及達(dá)到易加工、可拆卸、低成本等目的,本文提出一種新的檢測(cè)電極設(shè)計(jì)方法,即將檢測(cè)電極設(shè)計(jì)在多層PCB上,同時(shí)采用反向三電極結(jié)構(gòu),即激勵(lì)電極、接地電極和接收電極,多層PCB電極結(jié)構(gòu)如圖2所示。

該電極板使用PCB繪制軟件Cadence Allegro設(shè)計(jì),采用4層PCB結(jié)構(gòu),如圖2所示。

由圖2a可知,各層分別稱為T(mén)op layer、Signal 1 layer、Signal 2 layer、Bottom layer。Signal 1 layer和Bottom layer設(shè)計(jì)為敷銅平面并接地,使其作為信號(hào)傳輸?shù)膮⒖济妗Ｓ蓤D2b可知,檢測(cè)電極區(qū)設(shè)計(jì)在Top layer。其中:參數(shù)L為激勵(lì)電極和接收電極的正對(duì)長(zhǎng)度;W為激勵(lì)電極和接收電極寬度;Gap為激勵(lì)電極和接收電極與接地電極之間的距離。接地電極的走線線寬固定為0.2 mm,對(duì)檢測(cè)電極區(qū)域進(jìn)行開(kāi)窗處理，即不覆蓋綠油,大小為5 mm2。由圖2c可知,電極信號(hào)傳輸?shù)淖呔€設(shè)計(jì)在Signal 2 layer,并由過(guò)孔與Top layer的檢測(cè)電極進(jìn)行連接,Signal 2 layer中信號(hào)走線寬度與Top layer電極寬度W一致,從而保證信號(hào)傳輸過(guò)程中阻抗的一致性。為便于安裝和拆卸,多層PCB電極外形尺寸為100 mm×100 mm。將繪制好的PCB文件發(fā)送給PCB制造商(如凡億PCB)進(jìn)行代加工,PCB制作工藝成熟、價(jià)格低廉,該電極板于微芯片管道之間可拆卸、易裝配,具有較長(zhǎng)的使用壽命。

多層PCB是將敷銅的有機(jī)或無(wú)機(jī)介質(zhì)層壓合在一起、層與層之間由過(guò)孔連接形成回路。與單層PCB 相比,多層PCB的Signal 1 layer和Bottom layer均為接地平面,一方面使信號(hào)線的阻抗更容易匹配,減少信號(hào)傳輸過(guò)程中的串?dāng)_和反射,屏蔽檢測(cè)信號(hào)在電極上傳輸過(guò)程中受到的外界干擾,有利于降低信號(hào)在傳輸過(guò)程中的噪聲,提升檢測(cè)信號(hào)的信噪比;另一方面對(duì)電極進(jìn)行保護(hù),避免檢測(cè)信號(hào)走線與空氣的大面積接觸,延長(zhǎng)電極的使用壽命,提高信號(hào)傳輸過(guò)程中的抗干擾能力,與外加屏蔽盒相比,該多層PCB電極設(shè)計(jì)更加集成化、便攜化。

2.2 信噪比分析

利用示波器觀測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)中電流、電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出信號(hào)。未施加激勵(lì)信號(hào)時(shí),發(fā)現(xiàn)單層板噪聲最大電平均值為125.4 mV,多層板噪聲最大電平均值僅為5.5 mV,明顯低于單層板。施加正弦激勵(lì)信號(hào),保持其峰峰值為5 V不變、在100～2 000 kHz范圍內(nèi)改變頻率,因?yàn)槎鄬覲CB電極的接地電極具有良好的屏蔽效果,使得多層PCB電極的信號(hào)強(qiáng)度相比單層板有所降低,但信號(hào)噪聲下降幅度更大,所以信噪比大幅提升,電流、電壓轉(zhuǎn)換電路輸出信號(hào)的信噪比如圖3所示。

多層板設(shè)計(jì)可以有效地屏蔽電極與電極之間、傳輸線與外界環(huán)境之間不必要的耦合和干擾,同時(shí),多層PCB 2個(gè)參考平面之間形成微電容,濾除檢測(cè)信號(hào)在Signal 2 layer傳輸過(guò)程中的部分噪聲,從而使得多層PCB電極的噪聲下降,信噪比提升。在不同頻率下,多層PCB電極的信噪比是單層PCB電極的2倍以上,另外,由于單層和多層PCB電極的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不同,從而2種電極結(jié)構(gòu)的阻抗不同,使得2種電極的中心頻率不同。因?yàn)槎鄬覲CB電極頻率在800 kHz時(shí),表現(xiàn)出最優(yōu)信噪比,所以以800 kHz作為最優(yōu)檢測(cè)頻率,在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中的激勵(lì)信號(hào)和參考信號(hào)頻率均采用800 kHz。

2.3 電極結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

多層PCB電極信噪比是影響信號(hào)檢測(cè)的重要因素,其結(jié)構(gòu)參數(shù)也會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。為探究多層PCB電極結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響,并得到最優(yōu)的電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù),根據(jù)不同尺寸的激勵(lì)電極和接收電極,設(shè)計(jì)相應(yīng)的多層PCB電極進(jìn)行離子檢測(cè)實(shí)驗(yàn),綜合考慮PCB設(shè)計(jì)和制作成本,將Gap固定為0.3 mm、接地電極寬度固定為0.2 mm,L分別為1.0、2.0、3.0 mm,W分別為0.5、1.0、1.5 mm,待測(cè)液為0.500 mmol/L的K+離子溶液,探究不同電極結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)檢測(cè)信號(hào)輸出及信噪比的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由于微管道的寬度僅為0.1 mm,檢測(cè)電極正對(duì)長(zhǎng)度L較小時(shí),電極耦合信號(hào)較弱且不易進(jìn)行裝配,正對(duì)長(zhǎng)度L較大時(shí),雖然兩電極之間的耦合電容增大,耦合信號(hào)有所增強(qiáng),但是待測(cè)離子信號(hào)在耦合信號(hào)中的比重會(huì)降低,不易檢測(cè)到有效的待測(cè)離子信號(hào)。當(dāng)電極寬度W變化時(shí),影響電極耦合信號(hào)強(qiáng)弱的同時(shí),也會(huì)改變沿分離管道方向檢測(cè)區(qū)域的大小,從而影響檢測(cè)結(jié)果的綜合性能。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可以看出,待測(cè)離子的峰值和信噪比并不是隨著電極相對(duì)長(zhǎng)度L及電極寬度W增加而增加,當(dāng)電極寬度一定時(shí),電極相對(duì)長(zhǎng)度為2.0 mm表現(xiàn)最佳;當(dāng)電極長(zhǎng)度一定時(shí),電極寬度為1.0 mm時(shí)表現(xiàn)最佳。因此,從制作成本和設(shè)計(jì)等方面綜合考慮,將L為2.0 mm、W為1.0 mm、Gap為0.3 mm作為多層PCB電極的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

3 離子檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

通過(guò)對(duì)典型離子的檢測(cè)實(shí)驗(yàn),對(duì)比采用單層和多層PCB電極的ME-C4D系統(tǒng)檢測(cè)性能,從而驗(yàn)證多層PCB電極對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)性能的改善。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:① 配制不同濃度的K+、Na+、Li+3種離子混合溶液作為待測(cè)液,并將其注入微電泳芯片的待測(cè)液儲(chǔ)蓄池C;② 在PC端設(shè)置進(jìn)樣電壓和分離電壓、進(jìn)樣時(shí)間和分離時(shí)間等實(shí)驗(yàn)參數(shù);③ 通過(guò)PC端的軟件,控制ME-C4D系統(tǒng)按照預(yù)定程序執(zhí)行待測(cè)離子進(jìn)樣、分離、非接觸電導(dǎo)檢測(cè)、信號(hào)讀取和傳輸、信號(hào)處理與分析。實(shí)驗(yàn)時(shí),激勵(lì)電極的激勵(lì)信號(hào)峰的峰值為5 V、頻率為800 kHz的正弦信號(hào),鎖相放大電路的參考信號(hào)峰的峰值為20 V的同頻率正弦信號(hào),進(jìn)樣電壓和分離電壓分別為500 V 和1 kV的直流高壓。

3.1 單層與多層PCB電極穩(wěn)定性對(duì)比

由于ME-C4D系統(tǒng)在微管道中施加高壓,檢測(cè)過(guò)程中會(huì)引起檢測(cè)信號(hào)的漂移[11]。檢測(cè)信號(hào)的穩(wěn)定性是指檢測(cè)過(guò)程中檢測(cè)信號(hào)隨著檢測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生漂移的大小。檢測(cè)信號(hào)漂移較大時(shí),一方面,不易識(shí)別檢測(cè)信號(hào)中的待測(cè)離子信息,特別是在低濃度離子檢測(cè)時(shí),待測(cè)離子信號(hào)很容易隨著檢測(cè)信號(hào)的漂移而不易分辨;另一方面,由于檢測(cè)信號(hào)的漂移,待測(cè)離子的峰底是傾斜的,傾斜較大時(shí),不能準(zhǔn)確讀取待測(cè)離子的峰值。

分別用包含單層和多層PCB電極的ME-C4D系統(tǒng)對(duì)濃度為0.500 mmol/L的K+、Na+、Li+3種離子混合溶液進(jìn)行檢測(cè)實(shí)驗(yàn),在系統(tǒng)的采集模塊輸出端得到的檢測(cè)信號(hào)如圖5所示。

檢測(cè)結(jié)果顯示,多層PCB電極的檢測(cè)信號(hào)穩(wěn)定性明顯優(yōu)于單層PCB電極。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)證實(shí),在50 s內(nèi),單層板PCB電極檢測(cè)信號(hào)漂移達(dá)200 mV以上,而多層PCB板的檢測(cè)信號(hào)的漂移量小于20 mV?？梢?jiàn),在多層PCB電極相對(duì)于單層板信噪比提升的同時(shí),其對(duì)檢測(cè)信號(hào)的漂移也有良好的抑制作用。

3.2 不同濃度離子檢測(cè)結(jié)果與分析

待測(cè)離子檢測(cè)結(jié)果的峰值直接反映待測(cè)樣品中的離子濃度,待測(cè)離子的濃度越高,其峰值越大。針對(duì)K+、Na+、Li+3種離子的濃度均為0.025、0.050、0.100、0.250、0.500、1.000、1.025、1.050、1.100、1.250、1.500、2.000 mmol/L的混合離子待測(cè)液,分別使用包含單層和多層PCB電極的ME-C4D系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)實(shí)驗(yàn),得到各離子濃度與檢測(cè)信號(hào)峰值的對(duì)應(yīng)關(guān)系,并用曲線進(jìn)行擬合,結(jié)果如圖6所示。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),無(wú)論使用單層或多層PCB電極,ME-C4D系統(tǒng)對(duì)不同離子的峰值響應(yīng)能力不同,即使離子的帶電荷量相同、濃度相同,檢測(cè)信號(hào)的峰值都可能有顯著差異,其主要原因是混合溶液中不同離子的單位摩爾電導(dǎo)率不同,這是由不同離子的固有屬性決定的[12]。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,混合溶液中K+的單位摩爾電導(dǎo)率最高,Na+次之,Li+最低。

因?yàn)槎鄬覲CB電極具有更高的信噪比和對(duì)信號(hào)漂移更好的抑制作用,所以在相同濃度下,多層PCB電極對(duì)各種離子的檢測(cè)峰值均高于單層PCB電極的檢測(cè)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),對(duì)采用多層PCB電極的系統(tǒng),除離子濃度為0.025 mmol/L的溶液不能有效檢測(cè),其他各濃度待測(cè)液均可獲得清晰、完整、不重疊的K+、Na+、Li+3種離子的檢測(cè)信號(hào)峰。因此,在使用多層PCB電極的情況下,保守認(rèn)為系統(tǒng)對(duì)K+、Na+、Li+3種離子混合溶液檢測(cè)限達(dá)到0.050 mmol/L。在相同的微電泳芯片和檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)條件下,采用單層PCB電極的系統(tǒng),只能有效檢測(cè)出混合離子濃度高于0.100 mmol/L的待測(cè)液,即采用單層PCB電極的系統(tǒng)檢測(cè)限不到0.100 mmol/L?？梢?jiàn),采用多層PCB電極可使系統(tǒng)的檢測(cè)限提升2倍以上。

無(wú)論使用單層或多層PCB電極,在不同的待測(cè)液濃度范圍,檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)離子濃度分辨率是不同的,總體上可以看出,濃度較小時(shí),離子的濃度分辨率越高,說(shuō)明ME-C4D系統(tǒng)更適合低濃度離子檢測(cè)。從檢測(cè)結(jié)果也可以看出,采用多層PCB電極檢測(cè)系統(tǒng)的濃度分辨能力更強(qiáng),這種分辨率差異在較低濃度范圍表現(xiàn)得更加明顯,在1.025～1.100 mmol/L濃度范圍內(nèi)尤為突出。當(dāng)離子濃度小于0.500 mmol/L時(shí),采用多層PCB電極的檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)K+、Na+、Li+的濃度分辨率分別達(dá)到665.9、406.0、208.9 mV/(mmol·L-1),而采用單層PCB電極的濃度分辨率分別為449.3、299.8、99.5 mV/(mmol·L-1),與多層PCB電極檢測(cè)系統(tǒng)相差1.3倍以上。當(dāng)濃度為1.025～1.100 mmol/L時(shí),采用單層PCB電極的檢測(cè)系統(tǒng)不能分辨0.100 mmol/L以下的待測(cè)液濃度差異,而采用多層PCB電極在該離子濃度范圍仍有很好的峰值響應(yīng),對(duì)K+、Na+、Li+的濃度分辨率分別為684.0、618.7、337.3 mV/(mmol·L-1),其離子濃度差異的分辨能力至少達(dá)到0.050 mmol/L。當(dāng)離子濃度大于1.100 mmol/L時(shí),雖然采用單層或多層PCB電極的系統(tǒng)對(duì)K+、Na+、Li+3種離子的濃度分辨率接近,但與低濃度范圍的分辨率相比有明顯降低,其中多層PCB電極檢測(cè)系統(tǒng)的濃度分辨率分別降到168.2、155.7、93.7 mV/(mmol·L-1)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,因?yàn)椴捎脝螌覲CB電極的系統(tǒng)對(duì)于1.000 mmol/L以上的K+、Na+、Li+離子的濃度分辨能力顯著變?nèi)?所以采用單層PCB電極系統(tǒng)最佳的工作范圍為0.100 mmol/L(檢測(cè)限)至1.000 mmol/L。因?yàn)椴捎枚鄬覲CB電極的檢測(cè)系統(tǒng)在0.500 mmol/L(檢測(cè)限)至1.100 mmol/L的范圍內(nèi),都有較高的離子濃度分辨率,所以采用多層PCB電極,不僅使檢測(cè)系統(tǒng)在低濃度端有更好的檢測(cè)限,還擴(kuò)大了檢測(cè)系統(tǒng)的最佳濃度使用范圍,即多層PCB電極起到了既提升ME-C4D系統(tǒng)靈敏度又?jǐn)U大其最佳檢測(cè)范圍的雙重作用。

為了探究采用多層PCB的檢測(cè)系統(tǒng)在最佳濃度范圍內(nèi)的離子檢測(cè)線性度,本文對(duì)0.050～1.100 mmol/L待測(cè)液的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行線性回歸分析。K+、Na+、Li+3種離子的檢測(cè)信號(hào)峰值與離子濃度的相關(guān)系數(shù)(R2)分別達(dá)到了0.989、0.983、0.982,具有較好的線性度。進(jìn)一步證明多層PCB電極的檢測(cè)系統(tǒng)更加適合低濃度離子的檢測(cè)。

3.3 離子檢測(cè)可重復(fù)性實(shí)驗(yàn)

對(duì)離子濃度為1.000 mmol/L的K+、Na+、Li+3種離子混合溶液,分別使用單層和多層PCB電極進(jìn)行5組重復(fù)性檢測(cè)實(shí)驗(yàn),通過(guò)對(duì)3種離子檢測(cè)峰值、檢測(cè)時(shí)間進(jìn)行相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(relative standard deviation,RSD)分析(n=5),探究多層PCB電極的實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),多層PCB電極K+、Na+、Li+離子檢測(cè)峰值的RSD均在6%以下,相對(duì)單層PCB電極分別降低3.1%、2.6%、3.3%;檢測(cè)時(shí)間的RSD均在5%以下,相對(duì)單層PCB電極分別降低2.4%、1.7%、1.8%,證明該多層PCB電極具有較好的實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了一種基于多層PCB的ME-C4D電極,通過(guò)對(duì)K+、Na+、Li+3種離子混合溶液的檢測(cè)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證該多層PCB電極的可行性并對(duì)其綜合檢測(cè)性能進(jìn)行分析,該多層PCB電極的檢測(cè)信號(hào)具有較好的信噪比和穩(wěn)定性,對(duì)濃度的分辨能力和檢測(cè)限均達(dá)到0.050 mmol/L,檢測(cè)實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性較好。實(shí)驗(yàn)證明,采用多層PCB電極,既改善了ME-C4D系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度和離子濃度分辨率,同時(shí)又?jǐn)U大了檢測(cè)系統(tǒng)的最佳離子濃度檢測(cè)范圍。與常見(jiàn)的ME-C4D電極相比,該多層PCB電極與微芯片管道之間可拆卸、易裝配,為ME-C4D電極設(shè)計(jì)提供新的思路。同時(shí),多層PCB電極信號(hào)傳輸時(shí)與外界環(huán)境隔離,抗干擾能力強(qiáng),在便攜式微芯片電泳檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。