光電化學傳感器的研究進展

摘要：光電化學隨著科技的進步也有很大發(fā)展，主要體現(xiàn)在電化學與光電轉換等方面。現(xiàn)階段在我國很多化學及生物領域中，都需要對光電化學有所研究。并且目前為止，在很多光電化學分析中都應用了有關于光電化學的研究成果。光電化學傳感器在未來的發(fā)展的中不僅有著良好的發(fā)展前景，也會為我國光電化學領域的發(fā)展。

關鍵詞：光電化學；傳感器；研究進展

1光電化學傳感器的概述

光電化學領域隨著科技的發(fā)展產(chǎn)生了更多的分析方式，上世紀六十年代光電化學分析過程一直處于發(fā)展階段，直到二十一世紀出現(xiàn)了光電化學分析法，并且在不斷實踐中繼續(xù)發(fā)展。光電化學分析法主要是利用光照射的方式通過對光電化學以及傳感器材料等進行分析與檢測，并且在分析與檢測的過程中也需要電荷轉移技術。光電化學分析的化學原理主要與光電化學過程有關，在電子傳遞與能量轉換的基礎上，通過對傳感器的反映進行分析，從而觀察光電流的變化。在光電化學傳感器中觀察光電響應變化與分析物的關系，并通過分析結果研究其它領域的光電化學傳感器。通?？梢詫⒐怆娀瘜W傳感器分成電流型與電位型，現(xiàn)階段在光電化學領域中電流型光電化學傳感器被更多人關注，主要是因為電流型傳感器可以將分析物與傳感器材料之間產(chǎn)生的電流變化進行分析與檢測，除此之外也可以通過分析物自身光電流進行分析。然而電位型傳感器主要是用來對進行光尋指分析，在光電化學領域中應用范圍較小。光電化學傳感器的優(yōu)點是將傳統(tǒng)的電化學與光電學相結合，并且與之前相比功能更多。

2光電化學傳感器在分析檢測中的應用

2.1電位型光電化學傳感器的應用

LAPS具有封裝要求低、制備工藝簡單等優(yōu)點，在穩(wěn)定性、重現(xiàn)性、靈敏度、響應速度等方面均有優(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，然后在相應的敏感區(qū)域制備可響應各種陽離子（Pb2+、Cb2+、Zn2+）的聚氯乙烯膜陣列，用于同時測定重金屬離子。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）。結合不同鏈長度（分別為30、21和14堿基對）的ssDNA后，可將GO-LAPS應用于單鏈DNA（ssDNA）檢測。實驗證明，目標ssDNA檢測濃度范圍為1.0×10-12～1.0×10-8mol/L。Gu等設計出一種基于小鼠的抗人上皮細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，并應用于前列腺癌中循環(huán)腫瘤細胞（CTC）的無標記檢測。結果證實，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血液中可以檢測到10個以下的CTCs，表明所制備的傳感器靈敏度高。

2.2電流型光電化學傳感器在金屬離子檢測中的應用

電流型光電化學傳感器是根據(jù)被測物質與處于激發(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)被測物質本身的光電流變化的原理而研發(fā)的一類分析檢測裝置。因此，可以根據(jù)光電流的變化達到檢測金屬離子的目的。目前電流型光電化學傳感器可以檢測的金屬離子主要有Cr3+、Cd2+、Hg2+、Cu2+等。本課題組制備了一種基于光電流檢測的分子印跡傳感器用于測定Ni2+。該傳感器將CdTe量子點修飾到導電玻璃表面（CdTe量子點/ITO）作為光電材料，然后在CdTe量子點/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，量子點在光照下生成電子-空穴對，以電子與電子受體-抗壞血酸作用形成的光電流作為檢測信號，根據(jù)“門效應”對Ni2+檢測。

2.3電流型光電化學傳感器在小分子有機物檢測中的應用

光電流法作為一種高效的檢測手段已成為研究熱門，眾多研究人員設計了不同的電流型光電化學傳感器來檢測環(huán)境中的各種有機污染物甚至對人體有害的微量有機物質。雖然有些有機物含量很低，但因為結構、種類復雜，所以對環(huán)境和人體的影響較大。光電流法檢測這些物質發(fā)揮了光電化學傳感器的高靈敏性、低檢出限等優(yōu)點。Dai等構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合光電材料用于測定葉酸的電流型光電化學傳感器。具有網(wǎng)狀結構的鈦酸鹽納米管因具有良好的光催化活性并可快速促進長距離電子傳輸，因而用于作為光電子元件。分層結構的碳納米角因具有突出的導電性和大的表面可用于作為電子傳輸介質的主體，將從激發(fā)的鈦酸鹽納米管捕獲的電子傳輸?shù)絺鞲谢|，以此增強傳感器的光電流響應。在最佳實驗條件下，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。該傳感器的設計為其他同類待測物質的評估檢測提供了有益的參考。

2.4電流型光電化學傳感器在生物檢測中的應用

核酸、蛋白質是構成生物體的重要物質。疾病會導致人體某種蛋白質含量的變化，因此檢測人體中某些蛋白質的含量可以預測疾病的嚴重程度。而核酸的檢測除了在處理犯罪證據(jù)方面提供理論依據(jù)，還對人類基因研究方面有著重要的意義。目前檢測核酸、蛋白質的各種電流型光電化學傳感器已有較多報道。Wang等在ITO電極上修飾PbS量子點作為光電敏感層，捕獲DNA嫁接在量子點上，接有G-四鏈體的鉑納米粒子和捕獲DNA與目標DNA結合后，在光照作用下，G-四鏈體催化H2O2產(chǎn)生電子促進光電流的產(chǎn)生，以此達到檢測目標DNA的目的。

3結論

光電化學傳感器的發(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。加上光電化學傳感器儀器簡單、操作簡便，因而，較多地應用于水質分析、生物體中微量元素檢測，以及食品添加劑和醫(yī)療輔助分析測定等領域。然而，光電化學傳感器的研究和應用尚處于初步階段，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換效率有待進一步提高。因此，新型光電材料的研究開發(fā)與應用可能成為本領域未來的熱點之一，同時也將大大拓展光電化學傳感器分析應用的范圍。

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作者簡介：劉丹寧（1997.07.29-）、女、漢、學生、河南新鄉(xiāng)、研究方向：理論物理、身份證號：410711199707290529.