CN108318543A - 一种基于石墨烯材料的重金属离子传感器及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于石墨烯材料的重金属离子传感器，包括第一微电极阵列、第二微电极阵列、上盖片、下盖片和多级微流体腔，第一微电极阵列和第二微电极阵列之间有微电极间隙，多级微流体腔安装于第一、第二微电极阵列的上表面，上盖片与第一、第二微电极阵列之间夹有第一、第二引出排线，石墨烯微片聚集体在微电极间隙处分别与第一微电极阵列、第二微电极阵列紧密结合，同时还公开了其操作方法；本发明具有灵敏度高、消耗样品量少、检测速度快、更换组件简易、引出排线设置方便，并且操作步骤简单、检测连贯程度高和应用范围广的特点。

Description

一种基于石墨烯材料的重金属离子传感器及其操作方法
技术领域
本发明属于微纳米传感领域，具体涉及一种基于石墨烯材料的重金属离子传感器及其操作方法。
背景技术
根据金属的密度把金属分成重金属和轻金属，常把密度大于5g/cm3的金属称为重金属，如：金、银、铜、铅、锌、镍、钴、铬、汞、镉等大约45种。随着工业化进展的不断加速，越来越多的重金属粒子如铅、镉、汞、铜、锌、钒等被排放至水中，不仅对水生动植物产生危害，且通过富集作用进入生物链循环，导致整个生态环境都面临严重威胁。其中，对人体危害最大的有5种：如铅、汞、铬、砷、镉等。这些重金属在水中不能被分解，与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物。其他对对人体有危害的还有：铝、钴、钒、锑、锰、锡、铊等。重金属对人体的伤害常见的有：铅伤害人的脑细胞，致癌致突变等；汞被食入后直接沉入肝脏，对大脑神经视力破坏极大。天然水每升水中含0.01毫克汞，就会强烈中毒；铬会造成四肢麻木，精神异常；镉会导致高血压，引起心脑血管疾病，破坏骨钙，引起肾功能失调；铝积累多时，对儿童造成智力低下，对中年人造成记忆力减退，对老年人造成痴呆等。对上述金属物质的检测，通常的方法有：紫外可分光光度法(UV)、原子吸收光谱法(AAS)、原子荧光光谱法(AFS)、电感耦合等离子体法(ICP)、X荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)。虽然上述的各类方法能够实现金属离子的检测，然而在超低浓度的检测(离子浓度小于1nM)、应对突发性污染物泄漏事件，样品量极少(小于10微升)或者对一个区域进行连续监控时，则需要采用超灵敏、快速、高效的检测工具。因此，设计并制造能够满足上述需求的金属离子超灵敏侦测微器件具有重要意义。
石墨烯是一种由单层sp2杂化碳原子紧密堆积成的呈六角型蜂巢晶格结构的二维碳纳米材料，石墨烯材料超薄(单层碳原子的厚度),具有大的比表面积、高的导电性和室温电子迁移率,以及优异的机械力学性能,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。石墨烯还具有电化学窗口宽,电化学稳定性好,电荷传递电阻小的特点，而且石墨烯的吸引特性使它成为基础研究和潜在应用的理想材料，如电路、化学和生物传感器以及复合材料等方面。
对氧化石墨烯进行还原提供了一种大量生产还原的氧化石墨烯(reducedgraphene oxide，RGO)的方法，其能够在一定程度上替代机械剥离法。由于材料加工容易，合成成本低，机械性能好，灵活性高，使还原氧化石墨烯片成为电气电路制造的一个好的候选材料。此外，RGO对外界环境的反应非常敏感。因此,利用RGO对外界环境的敏锐反应并将这种反应通过工程技术转化为电气特性的变化，则对其微环境传感方面的应用是具有积极意义的。
RGO是通过化学还原氧化石墨烯来制备的，其可以分散于添加了表面活性剂的水或者乙醇溶液里，通过将RGO悬浮液随机地滴在预制电极上，即可制备石墨烯基片状电路。这种用滴涂悬浮液制备一些微电路结构的方法，虽然操作简单，但是可控性很低，不适用于内部元件装配精度要求高的微电路制造。
目前，现有技术中重金属离子或者物质检测过程存在对小于1nM的超低浓度量的检测效果不佳或成本偏高；须使用桌面式贵重仪器；样品量极少情况下检测不准确的问题。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种通过利用未被完全还原的氧化石墨烯本身的缺陷对各类金属离子进行吸附，从而影响石墨烯微片中的电子传输，然后将该影响转化为传感器件中电流信号变化量的基于石墨烯材料的金属离子传感器及其操作方法。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种基于石墨烯材料的重金属离子传感器，包括第一微电极阵列、第二微电极阵列、上盖片、下盖片和多级微流体腔，所述第一微电极阵列和第二微电极阵列均设置于上盖片与下盖片之间，并处于同一平面上，所述第一微电极阵列和第二微电极阵列之间留有微电极间隙，所述多级微流体腔的底部横跨并安装于第一微电极阵列和第二微电极阵列的上表面，并且露出微电极间隙和石墨烯微片聚集体，所述上盖片与第一微电极阵列夹有第一引出排线，所述上盖片与第二微电极阵列夹有第二引出排线，所述石墨烯微片聚集体在微电极间隙处分别与第一微电极阵列、第二微电极阵列紧密结合。
需要说明的是，上述技术方案所述的微流体腔的底部是离子样品溶液直接与还原氧化石墨烯材料发生物理化学作用的位置。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一微电极阵列、第二微电极阵列与下盖片之间夹有玻璃基底。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述上盖片与下盖片之间通过紧固螺钉夹紧固定，所述紧固螺钉的数量为4个。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一微电极阵列和第二微电极阵列均采用相同的条状微电极，所述第一微电极阵列的条状微电极与第二微电极阵列的条状微电极错位并且平行相对排列。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一微电极阵列由单个或多个具有圆弧部、彼此平行的第一微电极组成，所述第二微电极阵列由单个或多个具有圆盘部、彼此平行的第二微电极组成，所述第二微电极的圆盘部外对应包裹有第一微电极的圆弧部，每组所述第一微电极和第二微电极置于同一直线上。
需要说明的是，采用上述改进的技术方案，每根微电极均可以单独施加激励电信号或者成组施加激励电信号；第一微电极阵列与第二微电极阵列由于相对电极的棱角之间易产生强电场，使得石墨烯微片在相对电极的相对棱角间隙处聚集形成石墨烯微片聚集体。又如，采用第一微电极的圆弧部包裹了中心区域的第二微电极的圆盘部的技术方案时，石墨烯微片在介电泳力作用下聚集于两微电极间隙区域形成聚集体，进一步增大了单对电极对应的石墨烯微片的聚集区域，提高了单根电极的利用率。在实际操作中，并不是单根电极处聚集的石墨烯片的量越大越好，因为在电极间隙处过多的石墨烯片聚集会使得还原氧化石墨烯微片聚集体的电流过大，有可能低浓度的离子对该电流的扰动会被大的电流基数所淹没，不利于测量。所以，构建对电极末端形状尺寸须根据具体的测量需求和电流基数范围来进行调节，将条状微电极阵列中每根电极的宽度和间隔进行调整，或者将包裹式电极的包括弧度增大或者减小以适应需求。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述多级微流体腔由若干个同轴、等外径的中空圆柱体相叠而成，自所述多级微流体腔的顶部至底部，所述中空圆柱体的内径依次变小，所述多级微流腔的底部中心正对微电极间隙中心，且微电极间隙距离≤多级微流腔的底部内径≤微电极间隙距离的1.5倍。
需要说明的是，上述进一步改进的技术方案中多级微流体腔的构建主要是同时考虑既能尽可能减小样品溶液与底面微电极阵列的接触面积，又能够方便操作人员使用宏观工具，如移液器，向该器件中添加样品。减小样品溶液与底面微电极阵列的接触面积是为了使得样品溶液中的电流尽可能多的通过微电极间隙之间的还原氧化石墨烯微片聚集体，而较少的通过离子溶液这条导电路径。如果通过离子溶液这条路径的电流相对过大，就会较大的影响微电极间隙之间的还原氧化石墨烯微片聚集体侦测离子浓度的精度，甚至影响了通过微电极间隙之间的还原氧化石墨烯微片聚集体的电流信号，那么，检测不同浓度的离子溶液时得到的电流信号大小就与浓度不再成比例，最终导致传感器工作失常；多级微流体腔的容量更大，还有助于实现连续浓度的检测，即可以先检测一种低溶度的样品，检测电流信号测量之后，再直接加入高浓度的同种离子溶液样品，检测该样品对应的电流信号之后，然后再往微流体腔中添加更高浓度的同种离子溶液样品；每个中空圆柱体都可以作为样品溶液量的度量标志，对测量人员起到提示作用，大大降低测量时的样品量注入计量不准确的问题，并且如果得到电流信号逐级单调变化，则验证了上述几种浓度的大小关系。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述所述多级微流体腔的材料采用聚二甲基硅氧烷、有机玻璃或off-stoichiometry thiol-ene聚合物。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述多级微流体腔的内表面涂覆有分子量范围为200-400的聚乙二醇液体。
需要说明的是，采用上述改进的技术方案，是为了用分子量范围为200-400的聚乙二醇液体对多级微流体腔亲水化处理。
一种基于石墨烯材料的重金属离子传感器的操作方法，包括以下具体步骤：
步骤一:将内壁用分子量范围为200-400的聚乙二醇液体涂覆后的所述多级微流体腔置于烘箱中进行加热烘干；
步骤二:将所述步骤一中烘干完成的多级微流体腔安装在所述基于石墨烯材料的重金属离子传感器上，并将所述基于石墨烯材料的重金属离子传感器与常规电化学工作站连接；
步骤三:在所述步骤二的基础上，在所述第一引出排线和第二引出排线之间施加1-3V的正弦电压信号，并将信号频率调节到1M-3MHz，利用正介电泳技术将部分还原的氧化石墨烯微片操控移动至第一微电极阵列和第一微电极阵列的微电极间隙处，形成石墨烯微片聚集体，同时，通过显微观测使得所述石墨烯微片聚集体达到设定密度；
步骤四：在所述步骤三的基础上，将取5μL-100μL的待测金属离子溶液滴入所述多级微流体腔；
步骤五：在所述步骤四的基础上，测试吸附金属离子后的石墨烯微片聚集体的电导率，并通过所述电化学工作站连接的计算机生成恒电压下的电流突变以及伏安特性曲线；
步骤六：将所述步骤五中得到的电流突变以及伏安特性曲线记录至知识库中，并根据吸附金属离子后的石墨烯微片聚集体的电导率的相对变化进行对比分析，进而鉴别当前样品的浓度或种类；
步骤七:继续测量下一种浓度或下一种金属离子的样品时，重复步骤四至步骤六。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述步骤一中的烘箱加热烘干过程的温度为60-70°，时长为1h。
需要说明的是，采用上述技术方案，是首先通过将具有特定图案结构的微电极阵列与石墨烯微片组装形成特定的微检测电路,然后利用未被完全还原的氧化石墨烯本身的缺陷对各类金属离子进行吸附，从而影响石墨烯微片或是石墨烯微片聚集体中的电子传输，进而使得检测微电路中的电流信号发生快速、明显的变化；通过测量电流随电压的变化曲线，可得到不同浓度的金属离子溶液引起的传感芯片回路中电流的不同变化量，并由此实现对不同离子及其不同浓度的传感与分析。并且，石墨烯片在预定位置的定向组装是必需的。介电泳是一种可控的纳米电子器件的内部元件装配技术，其可在非均匀电场的作用下，在极化的物体上施加一定的介电泳力。介电泳提供了一种简单、可扩展、低成本的方法来定位石墨烯片。所以利用介电泳技术装配微纳米元件进而构建相应的传感器件是一种极具应用价值的技术方法。与纳米线、纳米管、纳米带等一维传感材料相比，用于检测的二维石墨烯薄片具有独特的优势，因为其具有极高的特异性表面面积、均匀的官能团、高电荷迁移率和载流子浓度。由于表面直接暴露于环境中，石墨烯片的电特性对外界干扰具有高度的敏感性，比如RGO如果能够吸附到相应的蛋白分子、肽链、其他大分子或者离子，则流经该石墨烯材料的电荷量则很可能发生显著变化。
本发明的有益效果为：
本发明所提出的这种基于石墨烯材料的金属离子传感器件，(1)可完成金属离子浓度小于1nM的检测，灵敏度高；(2)检测时所需的样品容量最低只需要5-10μL，消耗样品量少；(3)每次检测的时间能够保证在2秒以内，检测速度非常快；(4)装置可拆装、更换组件简易，引出排线设置方便优点；(5)操作步骤简单，精确度高，检测连贯程度高；(6)应用范围广，除了对金属离子的检测，还可以制成便携式的微流控重金属检测器，以用于水环境现场及突然污染物变化的检测场合。
附图说明
图1为本发明的基于石墨烯材料的金属离子传感器的结构主视图；
图2为本发明的基于石墨烯材料的金属离子传感器的结构俯视图；
图3为本发明实施例1中基于石墨烯材料的金属离子传感器件中条状微电极阵列中的形状示意图；
图4中本发明实施例2中基于石墨烯材料的金属离子传感器件中圆弧包裹式微电极阵列中的形状示意图；
图5为本发明的基于石墨烯材料的金属离子传感器件的操作方法示意图；
附图标记说明：1、下盖片；2、上盖片；3、紧固螺钉；4、多级微流体腔；51、第一微电极阵列；52、第二微电极阵列；61、第一引出排线；62、第二引出排线；7、玻璃基底；8、微电极间隙；41、中空圆柱体一；42、中空圆柱体二、81、石墨烯微片聚集体；31、紧固螺钉一；32、紧固螺钉二；33、紧固螺钉三；34、紧固螺钉四；511、条状微电极一；512、条状微电极二；513、条状微电极三；514、条状微电极四；521、条状微电极五；522、条状微电极六；523、条状微电极七；811、石墨烯微片一；515、第一微电极一；516、第一微电极二；517、第一微电极三；524、第二微电极一；525、第二微电极二；526、第二微电极三；812、石墨烯微片二。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，一种基于石墨烯材料的重金属离子传感器，包括第一微电极阵列51、第二微电极阵列52、上盖片2、下盖片1和多级微流体腔4，第一微电极阵列51和第二微电极阵列52均设置于上盖片2与下盖片1之间，并处于同一平面上，第一微电极阵列51和第二微电极阵列52之间留有微电极间隙8，多级微流体腔4的底部横跨并安装于第一微电极阵列51和第二微电极阵列52的上表面，并且露出微电极间隙8和石墨烯微片聚集体81，上盖片2与第一微电极阵列51夹有第一引出排线61，上盖片2与第二微电极阵列52夹有第二引出排线62，石墨烯微片聚集体81在微电极间隙8处分别与第一微电极阵列51、第二微电极阵列52紧密结合。
第一微电极阵列51、第二微电极阵列52与下盖片1之间夹有玻璃基底7。
如图2所示，上盖片2与下盖片1之间通过紧固螺钉3夹紧固定
如图3所示，第一微电极阵列51和第二微电极阵列52均采用相同的条状微电极，第一微电极阵列51包括条状微电极一511、条状微电极二512、条状微电极三513和条状微电极四514，第二微电极阵列52包括条状微电极五521、条状微电极六522和条状微电极七523，其中条状微电极一511、条状微电极二512、条状微电极三513和条状微电极四514两端对齐、平行排列，条状微电极五521、条状微电极六522和条状微电极七523两端对齐、平行排列，条状微电极一511、条状微电极五、条状微电极二512、条状微电极六522、条状微电极三513、条状微电极七523及条状微电极四514依次交错排列，其微电极间隙8中为石墨烯微片聚集体8，石墨烯微片聚集体8由若干条石墨烯微片一811组成。
如图1、图2所示，多级微流体腔4由若干个同轴、等外径的中空圆柱体相叠而成，自多级微流体腔4的顶部至底部，中空圆柱体的内径依次变小，多级微流腔4的底部中心正对微电极间隙8中心，且多级微流腔4的底部内径＝微电极间隙距离。
多级微流体腔4的材料采用有机玻璃。
多级微流体腔4的材料采用聚二甲基硅氧烷或off-stoichiometry thiol-ene聚合物材料。
多级微流体腔4的内表面涂覆有分子量范围为200-400的聚乙二醇液体。
操作方法
如图5所示，基于石墨烯材料的重金属离子传感器的操作方法，包括以下具体步骤：
步骤一:将内壁用分子量范围为200-400的聚乙二醇液体涂覆后的所述多级微流体腔4置于烘箱中，在温度为60-70°条件下，进行加热烘干1h；
步骤二:将所述步骤一中烘干完成的多级微流体腔安装在所述基于石墨烯材料的重金属离子传感器上，并将所述基于石墨烯材料的重金属离子传感器与常规电化学工作站连接；
步骤三:在所述步骤二的基础上，在所述第一引出排线和第二引出排线之间施加1-3V的正弦电压信号，并将信号频率调节到1M-3MHz，利用正介电泳技术将部分还原的氧化石墨烯微片操控移动至第一微电极阵列和第一微电极阵列的微电极间隙处，形成石墨烯微片聚集体，同时，通过显微观测使得所述石墨烯微片聚集体达到设定密度；
步骤四：在所述步骤三的基础上，将取5μL-100μL的待测金属离子溶液滴入所述多级微流体腔；
步骤五：在所述步骤四的基础上，测试吸附金属离子后的石墨烯微片聚集体的电导率，并通过所述电化学工作站连接的计算机生成恒电压下的电流突变以及伏安特性曲线；
步骤六：将所述步骤五中得到的电流突变以及伏安特性曲线记录至知识库中，并根据吸附金属离子后的石墨烯微片聚集体的电导率的相对变化进行对比分析，进而鉴别当前样品的浓度或种类；
步骤七:继续测量下一种浓度或下一种金属离子的样品时，重复步骤四至步骤六。
需要说明的是，吸附金属离子后的石墨烯微片聚集体的电导率G＝I/U,其中电压U取0.5-1V中的任意一个值，I为当前电压下的电流值。
G的相对变化量为ΔG＝G-G0,其中G0为纯溶剂环境下的未吸附金属离子的石墨烯微片聚集体的电导率；每测量一种浓度的金属离子溶液，就得到一个ΔGi(i＝1,2,3,…n)。通过比较ΔG1,ΔG2,ΔG3…之间的数值差异，即可判断每个数据对应的金属离子的浓度和种类。
实施例2
如图1所示，一种基于石墨烯材料的重金属离子传感器，包括第一微电极阵列51、第二微电极阵列52、上盖片2、下盖片1和多级微流体腔4，第一微电极阵列51和第二微电极阵列52均设置于上盖片2与下盖片1之间，并处于同一平面上，第一微电极阵列51和第二微电极阵列52之间留有微电极间隙8，多级微流体腔4横跨并安装于第一微电极阵列51和第二微电极阵列52的上表面，并且底部露出微电极间隙8和石墨烯微片聚集体81，上盖片2与第一微电极阵列51夹有第一引出排线61，所述上盖片2与第二微电极阵列52夹有第二引出排线62，石墨烯微片聚集体81在微电极间隙8处分别与第一微电极阵列51、第二微电极阵列52紧密结合。
第一微电极阵列51、第二微电极阵列52与下盖片1之间夹有玻璃基底7。
如图2所示上盖片2与下盖片1之间通过紧固螺钉3夹紧固定，紧固螺钉3的数量为4个。
如图4所示，第一微电极阵列51由第一微电极一515、第一微电极二516、第一微电极三517组成，第一微电极一515、第一微电极二516和第一微电极三517两端对齐相互平行，同侧一端具有圆弧部，第二微电极阵列52由第二微电极一524、第二微电极二525和第二微电极三526组成，第二微电极一524、第二微电极二525和第二微电极三526两端对齐相互平行，同侧一端具有圆盘部，第二微电极一524的圆盘部外对应包裹有第一微电极一515的圆弧部且第二微电极一524和第一微电极一515在同一条直线上，第二微电极二525的圆盘部外对应包裹有第一微电极二516的圆弧部，第二微电极三526的圆盘部外对应包裹有第一微电极三517的圆弧部，每组第一微电极和第二微电极置于同一直线上。
如图1、图2所示，多级微流体腔4由若干个同轴、等外径的中空圆柱体相叠而成，自多级微流体腔4的顶部至底部，中空圆柱体的内径依次变小，多级微流腔4的底部中心正对微电极间隙8中心，且多级微流腔4的底部内径＝微电极间隙距离的1.5倍。
多级微流体腔4的材料采用有机玻璃。
多级微流体腔4的内表面涂覆有分子量范围为200-400的聚乙二醇液体。
操作方法
同实施例1。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，包括第一微电极阵列、第二微电极阵列、上盖片、下盖片和多级微流体腔，所述第一微电极阵列和第二微电极阵列均设置于上盖片与下盖片之间，并处于同一平面上，所述第一微电极阵列和第二微电极阵列之间留有微电极间隙，所述多级微流体腔的底部横跨并安装于第一微电极阵列和第二微电极阵列的上表面，并且露出微电极间隙和石墨烯微片聚集体，所述上盖片与第一微电极阵列夹有第一引出排线，所述上盖片与第二微电极阵列夹有第二引出排线，所述石墨烯微片聚集体在微电极间隙处分别与第一微电极阵列、第二微电极阵列紧密结合。
2.如权利要求1所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，所述第一微电极阵列、第二微电极阵列与下盖片之间夹有玻璃基底。
3.如权利要求1或2所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，所述上盖片与下盖片之间通过紧固螺钉夹紧固定，所述紧固螺钉的数量为4个。
4.如权利要求1或2所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，所述第一微电极阵列和第二微电极阵列均采用相同的条状微电极，所述第一微电极阵列的条状微电极与第二微电极阵列的条状微电极错位并且平行相对排列。
5.如权利要求1或2所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，所述第一微电极阵列由单个或多个具有圆弧部、彼此平行的第一微电极组成，所述第二微电极阵列由单个或多个具有圆盘部、彼此平行的第二微电极组成，所述第二微电极的圆盘部外对应包裹有第一微电极的圆弧部，每组所述第一微电极和第二微电极置于同一直线上。
6.如权利要求1或2所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，所述多级微流体腔由若干个同轴、等外径的中空圆柱体相叠而成，自所述多级微流体腔的顶部至底部，所述中空圆柱体的内径依次变小，所述多级微流腔的底部中心正对微电极间隙中心，且微电极间隙距离≤多级微流腔的底部内径≤微电极间隙距离的1.5倍。
7.如权利要求6所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，所述多级微流体腔的材料采用聚二甲基硅氧烷、有机玻璃或off-stoichiometry thiol-ene聚合物。
8.如权利要求6所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器，其特征在于，所述多级微流体腔的内表面涂覆有分子量范围为200-400的聚乙二醇液体。
9.如权利要求1所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器的操作方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤一:将内壁用分子量范围为200-400的聚乙二醇液体涂覆后的所述多级微流体腔置于烘箱中进行加热烘干；
步骤二:将所述步骤一中烘干完成的多级微流体腔安装在所述基于石墨烯材料的重金属离子传感器上，并将所述基于石墨烯材料的重金属离子传感器与常规电化学工作站连接；
步骤三:在所述步骤二的基础上，在所述第一引出排线和第二引出排线之间施加1-3V的正弦电压信号，并将信号频率调节到1M-3MHz，利用正介电泳技术将部分还原的氧化石墨烯微片操控移动至第一微电极阵列和第一微电极阵列的微电极间隙处，形成石墨烯微片聚集体，同时，通过显微观测使得所述石墨烯微片聚集体达到设定密度；
步骤四：在所述步骤三的基础上，将取5μL-100μL的待测金属离子溶液滴入所述多级微流体腔；
步骤五：在所述步骤四的基础上，测试吸附金属离子后的石墨烯微片聚集体的电导率，并通过所述电化学工作站连接的计算机生成恒电压下的电流突变以及伏安特性曲线；
步骤六：将所述步骤五中得到的电流突变以及伏安特性曲线记录至知识库中，并根据吸附金属离子后的石墨烯微片聚集体的电导率的相对变化进行对比分析，进而鉴别当前样品的浓度或种类；
步骤七:继续测量下一种浓度或下一种金属离子的样品时，重复步骤四至步骤六。
10.如权利要求9所述的基于石墨烯材料的重金属离子传感器的操作方法，其特征在于，所述步骤一中的烘箱加热烘干过程的温度为60-70°，时长为1h。
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