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CN116879365A - 一种pH、DO同步响应的一体式光电传感探头制作方法 - Google Patents

一种pH、DO同步响应的一体式光电传感探头制作方法 Download PDF

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CN116879365A
CN116879365A CN202310871157.0A CN202310871157A CN116879365A CN 116879365 A CN116879365 A CN 116879365A CN 202310871157 A CN202310871157 A CN 202310871157A CN 116879365 A CN116879365 A CN 116879365A
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sensing probe
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储震宇
张绍琦
庞军
金万勤
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Nanjing Tech University
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Nanjing Tech University
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Abstract

本发明属于电化学以及荧光技术检测技术领域，涉及一种对pH、DO同步响应的一体式光电传感探头。包括荧光光纤、参比电极、工作电极、对电极。所述工作电极位于光电膜片中间部分，所述参比电极位于工作电极右方，所述对电极包裹在工作电极和参比电极外围，所述荧光光纤环绕在对电极外围。该pH、DO同步响应的一体式光电传感探头可以实现pH、DO、细胞形态的一体化实时监测，通过过程参数的实时检测实现菌种培养过程中环境、代谢状态的精准控制，匹配工业生产环境，较小放大效应、缩短放大。

Description

一种pH、DO同步响应的一体式光电传感探头制作方法
技术领域
本发明属于电化学以及荧光技术领域，涉及一种pH、DO同步响应的一体式光电传感探头的制作方法。
背景技术
耗氧率是指示微生物代谢状态的最重要参数之一。通常，需氧菌利用氧气作为最终的电子受体，通过有氧呼吸获得能量，因此，DO浓度的波动可以用来判断细菌的生长速度，以优化反应操作。另外，发酵培养罐中的pH值影响着发酵过程微生物酶的活性，pH值不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。
目前，pH、DO检测有色谱法、分光光度法、定性化学方法、折光法、旋光法等，这些方法或者需要昂贵和笨重的设备，检测耗时、操作复杂。同时当检测样品较少或检测体系容积过小时，上述方法在检测精度上会有很大的误差。因此，如何能在反应器体积极度缩小后的限域空间内依靠实时监测pH、DO，从而进行精准调控去匹配工业生长环境、消除限域效应是本领域的关键科学问题。其次在技术层面，由于传统工业所用的 pH、DO 等传感探头尺寸较大无法应用于微型反应器中，难以实时对限域空间中菌种代谢生长参数进行实时检测，以评估不同环境下的动态培养规律，从而为匹配工业环境提供重要指导数据，在线传感检测工具的缺乏是本课题的关键技术问题。
发明内容
本发明针对传统pH、DO检测体系体系中存在的问题，提出一种pH、DO同步响应的一体式光电传感探头制作方法。本发明的目的在于制备出DO传感电极与pH荧光光纤相结合的检测设备，用于pH、DO参数的实时检测。解决现有菌种代谢生长参数检测精度低和无法进行在线实时检测的问题。
为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：
一种pH、DO同步响应的一体式光电传感探头制作方法，具体步骤如下：
(1)银纳米线的制备
以硝酸银为银源，以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂，以乙二醇为还原剂。具体步骤为，将硝酸银溶于乙二醇溶液中制得溶液A；将聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇溶液中制的溶液B；将NaCl溶于乙二醇溶液中制的NaCl-EG溶液；将溶液A、溶液B混合后加入NaCl-EG溶液并搅拌至澄清透明后转入水热釜，水热合成反应后得到纳米银线溶液，接着将纳米银先离心、清洗得到银纳米线沉淀。
(2)丝网印刷裸碳芯片的制备
通过将导电碳油墨加热，银/氯化银浆料冷却的方式，使浆料达到印刷所需的粘度；导电碳油墨作为工作电极和对电极的浆料，银/氯化银作为参比电极的浆料，按照预先设定的图案通过丝网印刷机印刷后放入烘箱烘干，得到丝网印刷裸碳芯片。
(3)DO传感电极的制备
将步骤(2)所印刷的裸碳芯片用超纯水清洗工作电极，将制备得银纳米线添加到水和Nafion的悬浊液中，制的银纳米线混合溶液；取银纳米线混合溶液滴涂到电化学三电极的工作电极表面，置于室温下干燥；用超纯水冲洗工作电极表面，将未固定在工作电极表面的银纳米线冲洗掉，得到银纳米线修饰的DO电极。
(4) pH、DO同步响应的一体式光电传感探头的制备
将步骤(3)得到的银纳米线修饰的DO电极用乙醇清洗电极表面，然后用荧光光纤环绕在所制备DO电极的外围，并利用步骤(2)中的导电碳油墨将其固定在膜片上，最后将膜片烘干，得到pH、DO同步响应的一体式光电膜片。接着将光电膜片连接至探头杆末端处的光信号接收器和电化学三电极(参比电极、对电极、工作电极)的接触点，并将膜片安装至探头杆末端处预留的卡扣中，得到pH、DO同步响应的一体式光电传感探头。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(1)溶液A和溶液B的离子浓度范围均为0.1-0.4mM，两者离子浓度相同，NaCl-EG溶液浓度范围为0.1-0.3mM，溶液A:溶液B: NaCl-EG溶液的体积比为3:17:0.2，水热合成温度为90-180℃，水热合成时间为0.5h-2h；离心速率为6000-12000r/min，离心时间为5-20min。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)中导电碳浆料加热温度为30-90℃，加热时间为5-15min；银/氯化银浆料冷却温度为-5-0℃，冷却时间为5-15min，导电碳油墨与银氯化银浆料的印刷粘度为50-150dpa·S；裸碳芯片烘干温度为30-60℃，烘干时间为2-6h。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(3)中Nafion溶液的质量浓度为1-5%，银纳米线混合溶液中银纳米线的质量浓度为8-15mg/L，工作电极出滴加的量为5-10μL；芯片干燥时间为30-50min。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(4)中光电膜片的烘干温度为30-60℃，烘干时间为2-6h。
本发明提供一种pH、DO同步响应的一体式光电传感探头，其特征在于，包括DO电极和荧光光纤，所述DO电极包括工作电极、参比电极和对电极，所述工作电极为圆片形，对电极为圆弧形，参比电极为长方形；对电极和参比电极环绕工作电极且不接触；圆形片的工作电极表面覆盖银纳米线，所述荧光光纤为圆环形并环绕DO电极且不接触。工作电极为圆片形半径为0.15cm，所述圆弧形对电极半径为0.7cm，长方形参比电极面积为0.07cm2。
本发明银纳米线在合成过程中，通过控制硝酸银和聚乙烯吡咯烷酮的浓度，聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂和晶面导向剂，在水热过程中导向银纳米线定向生长，使其形貌规整，进而暴露出更多的活性位点，从而使芯片的检测电位降低，并同时提高溶解氧检测的线性范围。另外，丝网印刷芯片在具备良好的电化学性能的同时，保持设计灵活、成本低廉、结构简单、重复性好、易于集成化和微型化的特点而被广泛关注。丝网印刷芯片的核心为浆料，由于纳米电催化材料具有极高的传感性能，因此本发明以高氧分子四电子还原催化性能的银纳米线为电极材料，以pH敏感荧光光纤作为pH检测电极，解决了从而满足不同检测环境中pH、DO同时检测的需求。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1.本发明合成的纳米印刷传感浆料对DO检测具有独特的优势，其中银线具有高导电性，对氧还原具有独特的优势；同时银线材料属于纳米尺寸，纳米材料不光具有广泛的分析物检测范围，而且能够有效克服物种干扰、低信号输出、滞后信号响应的问题，再者由于银纳米线的存在不仅能够将工作电位控制在-0.2V的低电位，拥有良好的抗干扰性能，还能实现对于DO检测的极宽线性范围，使得对于DO检测的线性范围得到大幅度提升，能够满足发酵市场DO检测的需求。
2.本发明提出一种pH、DO同步响应的一体式光电传感探头制作方法，所制备的传感探头针对菌种培育过程中，传统微型平行反应器难以重现工业环境的瓶颈，针对孔板反应器特点将光化学与电化学结合，开发研制的光电一体式的传感膜片及其检测探头，以实现孔板中DO、pH值得动态原为监测，可为菌种孔板培养、筛选提供全自动化环境调控及多阐述得在线实时采集。
附图说明
图1为实施例1通过水热法合成的银纳米线的扫描电镜图。
图2为实施例1中pH、DO同步响应的一体式光电传感膜片结构示意图。
图3为实施例1中pH、DO同步响应的一体式光电传感探头外观图。
图4为实施例1中pH、DO同步响应的一体式光电传感探头DO检测的循环伏安图和线性拟合图。
图5为实施例1中pH、DO同步响应的一体式光电传感探头pH检测的多电位阶跃法图。
各附图标记为：1工作电极，2对电极，3参比电极，4银纳米线，5荧光光纤。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
若无特殊说明，下述实施例中DO电极的制备过程为：首先以硝酸银为银源，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂，乙二醇为还原剂，通过水热法合成纳米线结构的银材料。取一定量的银材料分散在超纯水和Nafion混合溶液中得到银纳米线混合溶液；以导电碳油墨作为印刷对电极和工作电极的油墨，以银/氯化银作为印刷参比电极的油墨，利用丝网印刷技术按照预先设定的图案印刷出三电极裸碳芯片，将一定量的银纳米混合溶液滴涂到裸碳芯片的工作电极处。
pH、DO同步响应的一体式光电传感探头的制作过程为：将pH敏感荧光光纤(上海齐源生物科技有限公司，Protonex 绿 500 pH荧光探针，Ex (nm)：445-Em (nm)：503)环绕在所制备DO电极的外围（不接触），并利用导电碳浆将其固定在膜片上，最后将膜片烘干，得到pH、DO同步响应的一体式光电膜片。接着将光电膜片连接至探头杆末端处的光信号接收器(利富安，型号：AFBR-2418MZ)和电化学三电极(参比电极、工作电极、对电极)的接触点处，其中荧光光纤连接光信号接收器，DO传感电极连接三电极接触点，最后将膜片安装至探头杆末端处预留的卡扣（探头杆可定制）中，得到pH、DO同步响应的一体式光电传感探头。
图4 DO的CV和图5 pH的表征方法为：首先配制pH=6.8的磷酸缓冲液(PBS)，将探头浸泡在充满缓冲液的电解池中，将探头上工作电极、参比电极和对电极分别连接到电化学工作站上的接口上，将荧光光纤连接到光信号接收器上。通过在电解池中鼓泡不同比例的氮气和氧气来控制电解池中的溶解氧浓度，最后设置电位窗口为-0.6-0.6V，在不同浓度的DO下进行CV扫描。并且由电化学工作站接收DO的电流信号和光信号接收器传输的电位信号。
实施例1
本实施例提供pH、DO同步响应的一体式光电传感探头的制作方法，步骤如下。
(1)称取0.34g硝酸银溶于6ml乙二醇中，搅拌溶液至澄清透明，得到溶液A(0.2mmol)，称取0.333g聚乙烯吡咯烷酮溶于34ml乙二醇中，搅拌至澄清透明，得到溶液B(0.2mmol)。将溶液A、溶液B混合并搅拌30min，使硝酸银和聚乙烯吡咯烷酮混合均匀。称取1.1688gNaCl溶于100ml乙二醇中，搅拌溶液至澄清透明，得到NaCl-EG溶液(0.2mM)，将A、B混合溶液后加入400μL的NaCl-EG溶液并搅拌至澄清透明后转入水热釜中进行水热合成反应，水热釜温度控制在160℃，水热合成时间为1.5h。水热合成反应结束后，产物自然冷却至室温，取出产物移入50ml离心管中，加入乙醇离心三次后再加入超纯水清洗三次，离心机转速为8000r/min，每次离心时间为10min。离心结束后倒出废液，收集离心后的固体，得到银纳米线。银纳米线的微观形貌如附图1所示。从附图1可知，本实施例制得的银纳米线形貌规整均匀。
(2)将导电碳油墨放入烘箱中加热，加热温度为60℃，加热时间为10min；银/氯化银浆放入冰箱中冷却，冷却温度为-2℃，冷却时间为10min，适当微调处理时间，使两种浆料达到印刷所需的粘度(100 dpa·S)；导电碳油墨作为工作电极和对电极的浆料，银/氯化银作为参比电极的浆料，按照预先设定的图案通过丝网印刷机印刷后放入烘箱烘干，烘箱温度设置为60℃，持续烘干3h，得到丝网印刷裸碳芯片。
(3) 将步骤(2)所印刷的裸碳芯片用超纯水清洗工作电极，用无尘纸擦干芯片后，将制备的银纳米线添加到1%Nafion的悬浊液中，制得浓度为10mg/ml的银纳米线混合液；取5μL银纳米线混合液滴涂到电化学三电极的工作电极表面，置于室温下干燥30min；用超纯水冲洗工作电极表面，将未固定在工作电极表面的银纳米线冲洗掉，得到银纳米线修饰的DO电极。
(4) 将步骤(3)得到的银纳米线修饰的DO电极用乙醇清洗电极表面，然后将荧光光纤环绕在所制备DO电极的外围，并利用导电碳浆将其固定在膜片上，最后将膜片置于烘箱中，设置烘箱温度40℃，烘干时间4h，得到pH、DO同步响应的一体式光电膜片。接着将光电膜片连接至探头杆末端处的光信号接收器和电化学三电极(参比电极、对电极、工作电极)的接触点，并将膜片安装至探头杆末端处预留的卡扣6中，得到pH、DO同步响应的一体式光电传感探头。其结构如附图2所示，电极包括DO传感电极， DO传感电极包括工作电极1，工作电极1上覆盖有银纳米线4。
传感探头还包括参比电极3、对电极2。在本实施例中，所述工作电极1为圆片形半径为0.15cm，对电极2和所述参比电极3分别为圆弧形(半径为0.7cm)和长方形(面积为0.07cm2)，圆弧形的对电极2和参比电极3环绕所述工作电极3且不接触。本实施例中通过圆形片的工作电极1覆盖银纳米线4，银纳米线与氧气发生可逆的化学反应，在不同的溶解氧浓度中，敏感材料对溶解氧的响应不同，使得对微量溶解氧的测量更加精准。传感探头还包括荧光光纤5，荧光光纤为圆环形，圆环半径为1cm，并环绕DO电极且两者互不接触。
(5)通过使用循环伏安法电极进行测试：如图4所示，本实施例所得的传感探头对DO在-0.2V电位下响应灵敏，并且在3.88-19.38mg/L的浓度范围内有很好的线性范围；由光信号接收器接受并且转化的pH信号有着高阶跃的电位响应，并与DO信号响应互不干扰。测试后，将传感探头于0℃下置于pH为7.0的PBS缓冲液中一周，其响应信号基本不变；一个月后，其响应信号为初始信号的98%；三个月后，其响应信号仍为初始信号的94%，这表明该pH、DO同步响应的传感探头的稳定性很好。因此，本实施例所制备得到的传感探头在体积非常小的情况下，具有良好的检测效果。
由图1的SEM表征可知，利用步骤(1)合成的银纳米线结构稳定，分布均匀，说明合成材料的质量稳定可控，便于产业化传感浆料的制备。
由图4的CV电化学表征以及线性拟合图可知，探头在-0.2V的电位下对DO的灵敏度最高，并且在DO浓度3.88-19.38mg/L的浓度范围内表现出良好的线性关系，该材料对于增加DO检测的线性范围十分有优势。
由图5的pH表征可知，通过改变缓冲液中的pH值，使得荧光光纤改变荧光强度并由光信号接收器接收并转化的pH信号有着很高的电位阶跃，并且检测的电位信号与DO的电流信号互不干扰证明该探头对pH响应准确。
实施例2
本实施例提供pH、DO同步响应的一体式光电传感探头的制作方法，本实施例未特殊说明之处，与实施例1保持一致。步骤如下。
(1)称取0.17g硝酸银溶于6ml乙二醇中，搅拌溶液至澄清透明，得到溶液A(0.1mmol)，称取0.1665g聚乙烯吡咯烷酮溶于34ml乙二醇中，搅拌至澄清透明，得到溶液B(0.1mmol)。将溶液A、溶液B混合并搅拌30min，使硝酸银和聚乙烯吡咯烷酮混合均匀。称取0.5844gNaCl溶于100ml乙二醇中，搅拌溶液至澄清透明，得到NaCl-EG溶液(0.1mM)，将A、B混合溶液后加入400μL的NaCl-EG溶液并搅拌至澄清透明后转入水热釜中进行水热合成反应，水热釜温度控制在180℃，水热合成时间为2h。水热合成反应结束后，产物自然冷却至室温，取出产物移入50ml离心管中，加入乙醇离心三次后再加入超纯水清洗三次，离心机转速为10000r/min，每次离心时间为15min。离心结束后倒出废液，收集离心后的固体，得到银纳米线。银纳米线的微观形貌与附图1无明显差别。
(2)将导电碳油墨放入烘箱中加热，加热温度为90℃，加热时间为5min；银/氯化银浆放入冰箱中冷却，冷却温度为-5℃，冷却时间为5min，使两种浆料达到印刷所需的粘度(100 dpa·S)；导电碳油墨作为工作电极和对电极的浆料，银/氯化银作为参比电极的浆料，按照预先设定的图案通过丝网印刷机印刷后放入烘箱烘干，烘箱温度设置为90℃，持续烘干2h，得到丝网印刷裸碳芯片。
(3) 将步骤(2)所印刷的裸碳芯片用超纯水清洗工作电极，用无尘纸擦干芯片后，将制备的银纳米线添加到1%Nafion的悬浊液中，制得浓度为15mg/ml的银纳米线混合液；取10μL银纳米线混合液滴涂到电化学三电极的工作电极表面，置于室温下干燥50min；用超纯水冲洗工作电极表面，将未固定在工作电极表面的银纳米线冲洗掉，得到银纳米线修饰的DO电极。
(4) 将步骤(3)得到的银纳米线修饰的DO电极用乙醇清洗电极表面，然后将荧光光纤环绕在所制备DO电极的外围，并利用导电碳浆将其固定在膜片上，最后将膜片置于烘箱中，设置烘箱温度30℃，烘干时间6h，得到pH、DO同步响应的一体式光电膜片。接着将光电膜片连接至探头杆末端处的光信号接收器和电化学三电极(参比电极、对电极、工作电极)的接触点，并将膜片安装至探头杆末端处预留的卡扣6中，得到pH、DO同步响应的一体式光电传感探头。其结构如附图2所示，电极包括DO传感电极， DO传感电极包括工作电极1，工作电极1上覆盖有银纳米线4。
(5)通过使用循环伏安法电极进行测试：如图4所示，本实施例所得的传感探头对DO在-0.25V电位下响应灵敏，并且在1.45-18.55mg/L的浓度范围内有很好的线性范围；由光信号接收器接受并且转化的pH信号有着高阶跃的电位响应，并与DO信号响应互不干扰。测试后，将传感探头于0℃下置于pH为7.0的PBS缓冲液中一周，其响应信号基本不变；一个月后，其响应信号为初始信号的96%；三个月后，其响应信号仍为初始信号的94%，这表明该pH、DO同步响应的传感探头的稳定性很好。
实施例3
本实施例提供pH、DO同步响应的一体式光电传感探头的制作方法，本实施例未特殊说明之处，与实施例1保持一致。步骤如下。
(1)称取0.68g硝酸银溶于6ml乙二醇中，搅拌溶液至澄清透明，得到溶液A(0.4mmol)，称取0.666g聚乙烯吡咯烷酮溶于34ml乙二醇中，搅拌至澄清透明，得到溶液B(0.4mmol)。将溶液A、溶液B混合并搅拌30min，使硝酸银和聚乙烯吡咯烷酮混合均匀。称取1.7532gNaCl溶于100ml乙二醇中，搅拌溶液至澄清透明，得到NaCl-EG溶液(0.3mM)，将A、B混合溶液后加入400μL的NaCl-EG溶液并搅拌至澄清透明后转入水热釜中进行水热合成反应，水热釜温度控制在100℃，水热合成时间为0.5h。水热合成反应结束后，产物自然冷却至室温，取出产物移入50ml离心管中，加入乙醇离心三次后再加入超纯水清洗三次，离心机转速为6000r/min，每次离心时间为5min。离心结束后倒出废液，收集离心后的固体，得到银纳米线。银纳米线的微观形貌与附图1无明显差别。
(2)将导电碳油墨放入烘箱中加热，加热温度为30℃，加热时间为15min；银/氯化银浆放入冰箱中冷却，冷却温度为0℃，冷却时间为15min，使两种浆料达到印刷所需的粘度(100 dpa·S)；导电碳油墨作为工作电极和对电极的浆料，银/氯化银作为参比电极的浆料，按照预先设定的图案通过丝网印刷机印刷后放入烘箱烘干，烘箱温度设置为30℃，持续烘干6h，得到丝网印刷裸碳芯片。
(3) 将步骤(2)所印刷的裸碳芯片用超纯水清洗工作电极，用无尘纸擦干芯片后，将制备的银纳米线添加到1%Nafion的悬浊液中，制得浓度为8mg/ml的银纳米线混合液；取5μL银纳米线混合液滴涂到电化学三电极的工作电极表面，置于室温下干燥30min；用超纯水冲洗工作电极表面，将未固定在工作电极表面的银纳米线冲洗掉，得到银纳米线修饰的DO电极。
(4) 将步骤(3)得到的银纳米线修饰的DO电极用乙醇清洗电极表面，然后将荧光光纤环绕在所制备DO电极的外围，并利用导电碳浆将其固定在膜片上，最后将膜片置于烘箱中，设置烘箱温度60℃，烘干时间2h，得到pH、DO同步响应的一体式光电膜片。接着将光电膜片连接至探头杆末端处的光信号接收器和电化学三电极(参比电极、对电极、工作电极)的接触点，并将膜片安装至探头杆末端处预留的卡扣6中，得到pH、DO同步响应的一体式光电传感探头。其结构如附图2所示，电极包括DO传感电极， DO传感电极包括工作电极1，工作电极1上覆盖有银纳米线4。
(5)通过使用循环伏安法电极进行测试：如图4所示，本实施例所得的传感探头对DO在-0.22V电位下响应灵敏，并且在4.45-18.38mg/L的浓度范围内有很好的线性范围；由光信号接收器接受并且转化的pH信号有着高阶跃的电位响应，并与DO信号响应互不干扰。测试后，将传感探头于0℃下置于pH为7.0的PBS缓冲液中一周，其响应信号基本不变；一个月后，其响应信号为初始信号的97%；三个月后，其响应信号仍为初始信号的96%，这表明该pH、DO同步响应的传感探头的稳定性很好。
对比例1
本对比例不加入NaCl-EG溶液，其余步骤与实施例1保持一致，发现未加入NaCl-EG溶液时，会使合成的速度过快，使纳米材料发生团聚，导致形貌不规整，从而使纳米银暴露出来的比表面积降低。
对比例2
本对比例A、B溶液和NaCl-EG溶液浓度均为0.08mM，水热温度为130℃，水热时间为1h，其余条件和步骤与实施例1保持一致。
结果发现，降低溶液浓度，会使纳米银合成过快，粒径偏小，没有呈现出线的趋势，并且过早合成的纳米银在高温的条件下会被氧化，使材料的成分变的复杂。
对比例3
本对比例将NaS溶于乙二醇中，配制0.2mM的NaS-EG溶液取代NaCl-EG溶液，其余条件与实施例1保持一致。
结果发现，加入NaS-EG溶液，使合成的纳米银材料粗细长短不一，形貌复杂不规整，从而使银纳米材料暴露出的活性位点不规整，性能相比于规整纳米银材料偏低。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种pH、DO同步响应的一体式光电传感探头的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)银纳米线的制备
将硝酸银溶于乙二醇溶液中制得溶液A；将聚乙烯吡咯烷酮溶于乙二醇溶液中制的溶液B；将NaCl溶于乙二醇溶液中制得NaCl-EG溶液；将溶液A、溶液B混合后加入NaCl-EG溶液并搅拌至澄清透明后转入水热釜，水热合成反应后得到银纳米线溶液，银纳米线溶液离心、清洗得到银纳米线沉淀；
(2)丝网印刷裸碳芯片的制备
将导电碳油墨浆料通过丝网印刷机印刷作为工作电极和对电极，银/氯化银浆料通过丝网印刷机印刷作为参比电极，印刷完成后烘干，得到丝网印刷裸碳芯片；
(3)DO传感电极的制备
将银纳米线沉淀添加到水和Nafion的悬浊液中，制得银纳米线混合溶液；用超纯水清洗裸碳芯片的工作电极，取银纳米线混合溶液滴涂到工作电极表面，室温干燥；然后用超纯水冲洗工作电极表面，得到银纳米线修饰的DO传感电极；
(4)pH、DO同步响应的一体式光电传感探头的制备
DO传感电极表面用乙醇清洗，然后将荧光光纤连接环绕在DO传感电极的外围，并利用步骤(2)导电碳油墨将其固定在膜片上，最后将膜片烘干，得到pH、DO同步响应的一体式光电膜片，将光电膜片与光信号接收器和参比电极、对电极、工作电极的接触点相连接，并将光电膜片安装至探头杆末端处预留的卡扣中，得到pH、DO同步响应的一体式光电传感探头。
2.根据权利要求1所述pH、DO同步响应的一体式光电传感探头的制备方法，其特征在于，步骤(1)中溶液A离子浓度和溶液B离子浓度一致，范围为0.1-0.4mM，NaCl-EG溶液的浓度范围为0.1-0.3mM，溶液A:溶液B: NaCl-EG溶液的体积比为3:17:0.2，水热合成温度为90-180℃，水热合成时间为0.5h-2h；离心速率为6000-12000r/min，离心时间为5-20min。
3.根据权利要求1所述pH、DO同步响应的一体式光电传感探头的制备方法，其特征在于，步骤(2)中导电碳油墨浆料与银/氯化银浆料的印刷粘度均为50-150dpa·S；烘干温度为30-60℃，烘干时间为2-6h。
4.根据权利要求1所述pH、DO同步响应的一体式光电传感探头的制备方法，其特征在于，步骤(3)悬浊液中Nafion的质量浓度为1-5%，银纳米线混合溶液中银纳米线的质量浓度为8-15mg/L，工作电极滴涂量为5-10μL；室温干燥时间为30-50min。
5.一种pH、DO同步响应的一体式光电传感探头，其特征在于，包括DO电极和荧光光纤，所述DO电极包括工作电极、参比电极和对电极，所述工作电极为圆片形，对电极为圆弧形，参比电极为长方形；对电极和参比电极环绕工作电极且不接触；圆片形的工作电极表面覆盖银纳米线，所述荧光光纤为圆环形并环绕DO电极且不接触。
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