光電化學(xué)傳感器的研究進(jìn)展

摘要：光電化學(xué)隨著科技的進(jìn)步也有很大發(fā)展，主要體現(xiàn)在電化學(xué)與光電轉(zhuǎn)換等方面。現(xiàn)階段在我國很多化學(xué)及生物領(lǐng)域中，都需要對(duì)光電化學(xué)有所研究。并且目前為止，在很多光電化學(xué)分析中都應(yīng)用了有關(guān)于光電化學(xué)的研究成果。光電化學(xué)傳感器在未來的發(fā)展的中不僅有著良好的發(fā)展前景，也會(huì)為我國光電化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：光電化學(xué)；傳感器；研究進(jìn)展

1光電化學(xué)傳感器的概述

光電化學(xué)領(lǐng)域隨著科技的發(fā)展產(chǎn)生了更多的分析方式，上世紀(jì)六十年代光電化學(xué)分析過程一直處于發(fā)展階段，直到二十一世紀(jì)出現(xiàn)了光電化學(xué)分析法，并且在不斷實(shí)踐中繼續(xù)發(fā)展。光電化學(xué)分析法主要是利用光照射的方式通過對(duì)光電化學(xué)以及傳感器材料等進(jìn)行分析與檢測(cè)，并且在分析與檢測(cè)的過程中也需要電荷轉(zhuǎn)移技術(shù)。光電化學(xué)分析的化學(xué)原理主要與光電化學(xué)過程有關(guān)，在電子傳遞與能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，通過對(duì)傳感器的反映進(jìn)行分析，從而觀察光電流的變化。在光電化學(xué)傳感器中觀察光電響應(yīng)變化與分析物的關(guān)系，并通過分析結(jié)果研究其它領(lǐng)域的光電化學(xué)傳感器。通?？梢詫⒐怆娀瘜W(xué)傳感器分成電流型與電位型，現(xiàn)階段在光電化學(xué)領(lǐng)域中電流型光電化學(xué)傳感器被更多人關(guān)注，主要是因?yàn)殡娏餍蛡鞲衅骺梢詫⒎治鑫锱c傳感器材料之間產(chǎn)生的電流變化進(jìn)行分析與檢測(cè)，除此之外也可以通過分析物自身光電流進(jìn)行分析。然而電位型傳感器主要是用來對(duì)進(jìn)行光尋指分析，在光電化學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用范圍較小。光電化學(xué)傳感器的優(yōu)點(diǎn)是將傳統(tǒng)的電化學(xué)與光電學(xué)相結(jié)合，并且與之前相比功能更多。

2光電化學(xué)傳感器在分析檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1電位型光電化學(xué)傳感器的應(yīng)用

LAPS具有封裝要求低、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在穩(wěn)定性、重現(xiàn)性、靈敏度、響應(yīng)速度等方面均有優(yōu)良的性能。Ha等將硼摻雜到硅襯底上形成一層較厚的氧化物，然后在相應(yīng)的敏感區(qū)域制備可響應(yīng)各種陽離子（Pb2+、Cb2+、Zn2+）的聚氯乙烯膜陣列，用于同時(shí)測(cè)定重金屬離子。該陣列型LAPS具有較高的重現(xiàn)性和良好的選擇性。Fang等提出了基于氧化石墨烯（GO）的LAPS（GO-LAPS）。結(jié)合不同鏈長度（分別為30、21和14堿基對(duì)）的ssDNA后，可將GO-LAPS應(yīng)用于單鏈DNA（ssDNA）檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)證明，目標(biāo)ssDNA檢測(cè)濃度范圍為1.0×10-12～1.0×10-8mol/L。Gu等設(shè)計(jì)出一種基于小鼠的抗人上皮細(xì)胞粘附因子固定在有羧基修飾的石墨烯氧化物表面（GO-COOH）的LAPS，并應(yīng)用于前列腺癌中循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）的無標(biāo)記檢測(cè)。結(jié)果證實(shí)，LAPS的電壓隨著磷酸鹽緩沖液（PBS）和血液中CTCs濃度的增加而降低，在1mL血液中可以檢測(cè)到10個(gè)以下的CTCs，表明所制備的傳感器靈敏度高。

2.2電流型光電化學(xué)傳感器在金屬離子檢測(cè)中的應(yīng)用

電流型光電化學(xué)傳感器是根據(jù)被測(cè)物質(zhì)與處于激發(fā)態(tài)的光電材料之間發(fā)生電子傳遞而引起光電流變化或者根據(jù)被測(cè)物質(zhì)本身的光電流變化的原理而研發(fā)的一類分析檢測(cè)裝置。因此，可以根據(jù)光電流的變化達(dá)到檢測(cè)金屬離子的目的。目前電流型光電化學(xué)傳感器可以檢測(cè)的金屬離子主要有Cr3+、Cd2+、Hg2+、Cu2+等。本課題組制備了一種基于光電流檢測(cè)的分子印跡傳感器用于測(cè)定Ni2+。該傳感器將CdTe量子點(diǎn)修飾到導(dǎo)電玻璃表面（CdTe量子點(diǎn)/ITO）作為光電材料，然后在CdTe量子點(diǎn)/ITO表面以光聚合法修飾鎳-1-（2-吡啶偶氮）-2-萘酚（PAN）分子印跡膜。以365nm紫外光作為激發(fā)光源，量子點(diǎn)在光照下生成電子-空穴對(duì)，以電子與電子受體-抗壞血酸作用形成的光電流作為檢測(cè)信號(hào)，根據(jù)“門效應(yīng)”對(duì)Ni2+檢測(cè)。

2.3電流型光電化學(xué)傳感器在小分子有機(jī)物檢測(cè)中的應(yīng)用

光電流法作為一種高效的檢測(cè)手段已成為研究熱門，眾多研究人員設(shè)計(jì)了不同的電流型光電化學(xué)傳感器來檢測(cè)環(huán)境中的各種有機(jī)污染物甚至對(duì)人體有害的微量有機(jī)物質(zhì)。雖然有些有機(jī)物含量很低，但因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)、種類復(fù)雜，所以對(duì)環(huán)境和人體的影響較大。光電流法檢測(cè)這些物質(zhì)發(fā)揮了光電化學(xué)傳感器的高靈敏性、低檢出限等優(yōu)點(diǎn)。Dai等構(gòu)建了一種基于交織的鈦酸鹽納米管和碳納米角共軛作為復(fù)合光電材料用于測(cè)定葉酸的電流型光電化學(xué)傳感器。具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的鈦酸鹽納米管因具有良好的光催化活性并可快速促進(jìn)長距離電子傳輸，因而用于作為光電子元件。分層結(jié)構(gòu)的碳納米角因具有突出的導(dǎo)電性和大的表面可用于作為電子傳輸介質(zhì)的主體，將從激發(fā)的鈦酸鹽納米管捕獲的電子傳輸?shù)絺鞲谢|(zhì)，以此增強(qiáng)傳感器的光電流響應(yīng)。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，線性范圍為1.0×10-10～5.0×10-5mol/L，檢出限為（2.5±0.005）×10-11mol/L。該傳感器的設(shè)計(jì)為其他同類待測(cè)物質(zhì)的評(píng)估檢測(cè)提供了有益的參考。

2.4電流型光電化學(xué)傳感器在生物檢測(cè)中的應(yīng)用

核酸、蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體的重要物質(zhì)。疾病會(huì)導(dǎo)致人體某種蛋白質(zhì)含量的變化，因此檢測(cè)人體中某些蛋白質(zhì)的含量可以預(yù)測(cè)疾病的嚴(yán)重程度。而核酸的檢測(cè)除了在處理犯罪證據(jù)方面提供理論依據(jù)，還對(duì)人類基因研究方面有著重要的意義。目前檢測(cè)核酸、蛋白質(zhì)的各種電流型光電化學(xué)傳感器已有較多報(bào)道。Wang等在ITO電極上修飾PbS量子點(diǎn)作為光電敏感層，捕獲DNA嫁接在量子點(diǎn)上，接有G-四鏈體的鉑納米粒子和捕獲DNA與目標(biāo)DNA結(jié)合后，在光照作用下，G-四鏈體催化H2O2產(chǎn)生電子促進(jìn)光電流的產(chǎn)生，以此達(dá)到檢測(cè)目標(biāo)DNA的目的。

3結(jié)論

光電化學(xué)傳感器的發(fā)展歷史較短，但因其具有低背景值使得檢出限非常低，因此光電化學(xué)傳感器的靈敏度通常優(yōu)于其他微量分析方法，如溶出伏安法、石墨爐原子吸收光譜法等。加上光電化學(xué)傳感器儀器簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，因而，較多地應(yīng)用于水質(zhì)分析、生物體中微量元素檢測(cè)，以及食品添加劑和醫(yī)療輔助分析測(cè)定等領(lǐng)域。然而，光電化學(xué)傳感器的研究和應(yīng)用尚處于初步階段，一是發(fā)光材料的種類較少，二是其制備技術(shù)不成熟，大規(guī)模生產(chǎn)受到限制。此外，現(xiàn)有的光電材料光電轉(zhuǎn)換效率有待進(jìn)一步提高。因此，新型光電材料的研究開發(fā)與應(yīng)用可能成為本領(lǐng)域未來的熱點(diǎn)之一，同時(shí)也將大大拓展光電化學(xué)傳感器分析應(yīng)用的范圍。

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作者簡(jiǎn)介：劉丹寧（1997.07.29-）、女、漢、學(xué)生、河南新鄉(xiāng)、研究方向：理論物理、身份證號(hào)：410711199707290529.