为了最大限度地把分析实验室中的各种功能集成到或者基本集成到一起,提高分析检测的灵敏度,实现快速高通量的检测,满足实时现场分析的需要,以及降低样品消耗量和分析成本,化学分析设备的微型化、集成化以及便携化正成为当前分析科学发展的一个重要趋势。为此,涉及微电子、分析化学、生物化学、材料化学、医学等众多学科,发源于上个世纪末的微芯片(包括生物芯片和微流控芯片)技术及时迎合了时代的潮流,成为分析测试领域重要的工具。电分析化学作为一种重要的测试手段,由于其所需设备简单,易于微型化、集成化,因此作为微芯片中一种重要的检测手段,越来越受到人们的重视。本论文主要涉及新型电化学/电致化学发光传感阵列芯片的构建、芯片上双极电极的电化学机理研究、以及芯片电化学和电致化学发光传感应用等。1、一种基于电化学检测的通用型高通量阵列芯片的构建及应用本工作设计了一种电化学微阵列芯片高通量检测平台。该阵列芯片由三层材料组成:上层是由8*5个有序排列的椭圆孔的聚二甲基硅氧烷(PDMS),中层是拥有8*5对小孔的PDMS薄膜,底层是带有ITO条带状阵列的玻璃。由此组合而成具有三层结构的芯片包含8*5个有序的芯片检测微反应池,每个微池中都有一对等尺寸分隔开的ITO圆盘电极作为工作电极。微池中的这对ITO圆盘电极可用于组装性能各异的材料,进而可以实现不同物质的同时检测。我们同时也制备了一种结构紧凑的Pt-Ag/AgCl同轴电极,同轴电极上的Pt电极和Ag/AgCl电极可分别用作一个普通三电极体系中的对电极和参比电极。当8个有序排列的Pt-Ag/AgCl同轴电极分别插入芯片上的8个并列的微池时,与芯片上自有的一对ITO工作电极,构成了 8个互不干扰的三电极体系。通过与8通道恒电位仪的连接,该阵列芯片平台可实现8组样品的同时检测。移动8对同轴对参比电极到下一组微池,就可以继续进行下一组样品的检测。组装在羧基化石墨烯上的普鲁士蓝(CGS-MB)和亚甲基蓝(CGS-PB),作为氧化还原指示剂,分别连接两种不同的抗体从而形成不同的生物复合材料。我们将上述两种复合材料分别修饰在芯片微池中的两个ITO工作电极上,基于材料上的抗体与抗原结合形成的免疫复合物带来的空间位阻和阻抗增加的原理,利用上述芯片检测平台,进行两种不同抗原同时检测。这个阵列芯片平台充分利用了芯片中易于加工的PDMS膜来制造所需的工作电极,巧妙地结合了可移动且可重复使用的同轴对参比电极,成功构造了一种通用型的高通量检测芯片系统。2、一种ITO双极电极阵列芯片的构建及其在H2O2电致化学发光(ECL)成像检测中的应用我们报道了一种应用于电致化学发光(ECL)成像检测H2O2的封闭式ITO双极电极阵列芯片。该阵列芯片有三层材料构成,含有8个并联的包含有驱动电极的封闭式双极电极阵列。我们可以通过改变覆盖在底层图案化了的ITO玻璃上的夹心层—PDMS膜—上孔的大小来变更双极系统中驱动电极以及双极电极端点的尺寸。通过改变驱动电极的电压,双极电极阵列端点上的电位也会随之而改变。我们利用这一方法。将银氨离子(带正电)和氧化石墨烯(带负电),还原为银纳米粒子—还原石墨烯复合材料(AgNP-rG0),一步电沉积在双极电极阵列的阴极端。与单纯的ITO电极相比,上述修饰了复合材料的ITO电极显示了对H2O2极好的催化性能。基于双极阵列两端电荷守恒的原理,双极电极阴极端H2O2的催化还原反应能够被阳极端ECL试剂发出的光信号的强度所反映。该双极电极阵列芯片不但提供了一种在双极电极端点上快速电沉积纳米复合物的方法,避免ECL试剂与检测物之间由于接触而带来的干扰,而且能够实现高通量可视化的检测,因此,具有非常广阔的应用前景。3、封闭式双极电极电解池的电化学行为研究我们构建了一种新颖的包括双极电极(BPE)及其三电极控制系统的封闭式双极电极电解池并对其电化学行为进行了系统的研究。双极电极电解池中的两个电解池通过BPE连接,BPE的一端(pole 1)和电极1(连接恒电位仪工作电极终端)位于电解池1中,BPE的另一端(pole 2)、参比电极(RE)以及对电极(CE)则位于电解池2。这一双极电极电解池可以视为电解池1和电解池2的串联。双极电极中pole 2的电位直接与电解池1中电极1以及pole 1上的反应有关。我们系统地考察了反应试剂、电极材料以及控制模式等因素对双极电解池电化学行为的影响。当电解池1中使用足够高浓度的可逆氧化还原电对且电极1和pole 1采用相同的电极材料时,电解池1中的电势差小到可以忽略,这样我们就可以直接获得pole 2的电化学信息。我们对pole 1和电极1采用不同电极材料时,双极电极电解池电化学信号出现漂移的情况进行了解释。我们同样从电化学的角度对双极电极应用于ECL传感时的情况进行了研究。本研究意在加深我们对双极电化学的认识,并对扩展其应用提供理论上的指导。4、复合材料的高通量电沉积与可视化筛选我们使用芯片制作技术构建了一种封闭式双极电极阵列。基于我们之前对封闭式双极电极电化学性质的研究,我们在双极电极阵列的阴极端同时沉积不同金属比例的纳米材料复合物,整个操作的条件与传统三电极系统的条件相同。然后,我们利用以上沉积有复合材料的双极电极阵列,结合双极阵列上另一端(阳极)上的电致化学发光(ECL)成像技术,对材料的氧气催化还原性能进行高通量可视化的筛选。