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当期目录

    2023年 第29卷 第6期    刊出日期:2023-06-28
    界面设计与电化学传感专辑(李景虹院士、田阳教授、许元红教授、张立敏教授)
    第29卷第6期封面和目次
    2023, 29(6):  0-0. 
    摘要 ( 60 )   PDF (102768KB) ( 4590 )  
    相关文章 | 计量指标
    “界面设计与电化学传感”专辑序言
    李景虹, 田阳, 许元红, 张立敏
    2023, 29(6):  2218000.  doi:10.13208/j.electrochem.2218000
    摘要 ( 188 )   HTML ( 3059)   PDF (339KB) ( 374 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    作者聚焦
    2023, 29(6):  2218111.  doi:10.13208/j.electrochem.2218111
    摘要 ( 49 )   HTML ( 57)   PDF (197KB) ( 241 )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    综述
    金属有机框架材料在电化学/电化学发光免疫分析中的应用
    覃晓丽, 詹子颖, Sara Jahanghiri, Kenneth Chu, 张丛洋, 丁志峰
    2023, 29(6):  2218003.  doi:10.13208/j.electrochem.2218003
    摘要 ( 504 )   RichHTML ( 240)   PDF (3822KB) ( 575 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    设计和研制具有超灵敏、高精度、选择性好的免疫传感器对于疾病的早期诊断和筛查以及疾病治疗过程的监测具有十分重要的意义。其中,电化学免疫分析法和电化学发光(ECL)免疫分析法,由于具有稳定性好、灵敏度高、线性范围宽、可控性好等优点而备受关注,已成为当前的研究热点之一。金属有机框架(MOFs)作为一类新型的多孔晶体材料,由于其具有比表面积大、化学稳定性好、孔径和纳米级骨架结构可调节等优点,在电化学和ECL免疫传感器的制备中得到了广泛的应用。MOFs不仅可以作为固定生物识别分子的敏感平台,还可以用于富集痕量分析物和信号分子来放大分析信号,提高电化学或ECL免疫分析的灵敏度。目前,科研人员已合成各种各样具有不同性能和形貌的MOFs纳米材料,并用于开发高性能的电化学免疫传感器和ECL免疫传感器。本文综述了不同类型的基于MOFs纳米材料的电化学/ECL免疫传感器的制备及其在免疫分析中的检测应用。研究表明,MOFs不仅可以作为电极表面修饰的基底、信号探针(包括电活性标记分子和电化学发光发光标记探针)、催化活性标记物,还可以作为负载各种生物分子、纳米材料的载体,最终可用于灵敏的电化学和ECL检测。此外,本综述还讨论了未来发展功能化MOFs纳米材料的挑战和机遇,并为未来设计和制造基于MOFs的高性能免疫传感器提出了一些指导性意见。

    暗场显微镜下的彩色“纳米星”
    静超, 龙亿涛
    2023, 29(6):  2218006.  doi:10.13208/j.electrochem.2218006
    摘要 ( 446 )   RichHTML ( 183)   PDF (2752KB) ( 758 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    具有独特局域表面等离子共振散射特性的贵金属纳米粒子,在可见光区域表现出明显的吸收和散射光谱特性。在过去的几十年中,基于纳米金和纳米银溶液的可视化颜色传感器,被广泛应用在金属离子、生物分子、农药等灵敏检测。自2000年,暗场显微镜的出现,实现了纳米尺度下等离子共振散射光谱的精准获取,将传感尺度从传统的实验试管发展到单纳米颗粒界面。单颗粒检测消除了本体溶液中大量纳米粒子产生的平均效应,可提供更加准确的反应信息。纳米粒子的散射光谱主要取决于颗粒的尺寸、形貌、成分以及颗粒间耦合作用等,因此,具有特定散射颜色的单个纳米粒子,可以作为优异的纳米探针。这篇综述聚焦于单颗粒纳米传感,首先介绍了纳米粒子局域表面等离子共振的原理和发展历史。随后,主要讨论了单个贵金属纳米粒子作为颜色编码传感器,在生物分子、环境污染物以及能源等领域的应用,尤其是基于单颗粒的原位纳米光谱电化学传感及其在电催化反应中的应用。例如,利用纳米粒子的溶出和生长过程,精巧地设计了针对不同待测物的纳米探针。另一方面,对单纳米粒子结构演变过程的原位监测,也有助于对纳米材料制备机理的理解。最后,着重探讨了纳米颜色传感器信号提取放大的检测手段,包括将肉眼识别的颜色转换为可读的三原色信息以及偏振光检测技术等,进一步扩展单颗粒颜色传感的应用范围。

    基于电化学阻抗谱的致病菌检测传感器的研究进展
    陈涛, 许元红, 李景虹
    2023, 29(6):  2218002.  doi:10.13208/j.electrochem.2218002
    摘要 ( 322 )   RichHTML ( 238)   PDF (3256KB) ( 621 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    几千年来,致病菌对人类健康构成了巨大威胁。实现致病菌的实时监测可有效阻止致病菌的传播,从而降低对人类健康的威胁。迄今为止,已有电化学、光学、压电和量热等多种技术用于细菌的检测。其中,基于电化学阻抗技术的传感器由于其成本低、读取时间短、重现性好、设备便携等优点,在实时细菌检测中展现出了巨大的应用潜力。本文主要综述了近三年来电化学阻抗技术在细菌传感中的典型应用。众所周知,电极材料在基于电化学阻抗的传感器的构建中发挥着极其重要的作用,因为细菌生物识别元件的固定化,以及所制备的传感器的灵敏度、经济性和便携性都主要取决于电极材料。因此,为了向新入行的研究人员提供基于不同电极材料制备电化学阻抗传感器清晰的制备过程,我们尝试根据不同的电极平台对基于电化学阻抗技术的传感器进行分类。此外,还讨论了目前的难点、未来的应用方向和前景。我们希望通过本文的综述,能够为刚进入该领域的研究人员开展基于电化学阻抗技术,制备快速、灵敏、准确地检测多种致病菌的传感器研究提供指导。

    论文
    基于线性范围可调的适配体功能化微电极的鼠脑中钾离子的活体分析
    刘原东, 李佳润, 张立敏, 田阳
    2023, 29(6):  2218004.  doi:10.13208/j.electrochem.2218004
    摘要 ( 165 )   RichHTML ( 176)   PDF (1968KB) ( 318 )  
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    钾离子(K+)广泛参与多种生理病理过程,其异常变化与脑缺血等脑部疾病的发生密切相关。在体内获取K+的变化对了解K+在大脑功能中发挥的作用具有重要意义。我们开发了一种基于单链DNA诱导结构变化的微电极,用于高选择性地检测大脑中的K+。电化学探针主要由三部分组成,其中适配体片段用于特异性识别K+,末端炔基基团用于高稳定组装探针于金表面,头部修饰的二茂铁基团作为电化学活性基团提供响应信号。结果表明通过合理地调控适配体的烷基链的长度,可以有效调节微电极的线性响应区间。其中优化后的电极LAC电极对K+检测体现出了高的选择性,在10 μmol·L-1-10 mmol·L-1的线性范围展示了良好的线性关系。最终该新型微电极被成功应用于活体小鼠大脑中K+的实时检测。

    基于硼酸盐亲和辅助电化学调控ATRP的癌胚抗原超灵敏电化学适体传感研究
    胡琼, 李诗琪, 梁伊依, 冯文星, 骆怡琳, 曹晓静, 牛利
    2023, 29(6):  2218001.  doi:10.13208/j.electrochem.2218001
    摘要 ( 544 )   RichHTML ( 284)   PDF (2691KB) ( 439 )  
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    癌胚抗原(CEA)是一种酸性糖蛋白,其作为一种广谱肿瘤标志物在恶性肿瘤的鉴别诊断与监测等方面具有重要价值。在此,借助于硼酸盐亲和辅助电化学调控原子转移自由基聚合(BA-eATRP)的双重信号放大作用,我们报道了一种电化学适体传感器,用于CEA的超灵敏、高选择性检测。基于BA-eATRP的电化学CEA适体传感的基本原理为:待核酸适体捕获CEA抗原后,借助于苯硼酸(PBA)基团与单糖残基上的顺式二醇基团间的选择性亲和相互作用将ATRP引发剂位点靶向性地共价偶联到CEA抗原上;随后,以二茂铁甲基丙烯酸甲酯(FcMMA)作为单体,借助于eATRP将二茂铁(Fc)探针引入电极表面。由于CEA上含有数百个顺式二醇基团,基于硼酸盐亲和的交联反应可使得在每个CEA抗原上标记数百个ATRP引发剂分子。此外,通过eATRP反应,可以在电极表面接枝长的二茂铁基聚合物链,使得每个标记有ATRP引发剂的位点均能连接上成百上千个Fc探针。因此,BA-eATRP可使得每个CEA抗原上标记上大量的Fc探针。在最佳条件下,基于BA-eATRP的电化学适体传感器能够实现浓度低为0.34 pg·mL-1的CEA的高选择性检测,其线性范围为1.0-1000 pg·mL-1。而且,该适体传感器可用于人血清中CEA的定量分析。基于BA-eATRP的电化学适体传感器具有成本低廉、操作简便等优良特性,在CEA的超灵敏、高选择性检测方面具有广阔的应用前景。

    通过扫描光电化学显微镜研究超分子光敏剂-二氧化钛薄膜系统的光诱导电子转移
    张生雅, 姚敏, 王泽, 刘天娇, 张蓉芳, 叶慧琴, 冯彦俊, 卢小泉
    2023, 29(6):  2218005.  doi:10.13208/j.electrochem.2218005
    摘要 ( 255 )   RichHTML ( 280)   PDF (2599KB) ( 513 )  
    数据和表 | 参考文献 | 补充材料 | 相关文章 | 计量指标

    在基于TiO2的光阳极上枝接电荷转移通道仍然是太阳能到化学转换技术的一个迫切瓶颈。尽管进行了大量的尝试,但TiO2作为有前途的光阳极材料仍然受到电荷传输动力学迟缓的影响。因此,一种组装策略涉及将金属卟啉基光敏剂分子(MP)轴向配位嫁接到表面改性的TiO2纳米棒(TiO2 NRs)光阳极上,形成复合MP/TiO2 NRs光电极。正如预期的那样,与单独的TiO2 NR和MPA/TiO2 NRs光电极相比,所得到的独特的MPB/TiO2 NRs光电极具有明显提高的光电流密度。采用扫描光电化学显微镜(SPECM)和强度调制光电流光谱(IMPS)系统地评估了MP/TiO2 NRs光电极的连续光激发电子转移(PET)动力学信息。通过数据拟合发现,在光照条件下,MPB/TiO2 NRs的光电子转移速率(keff)常数比纯TiO2 NRs高2.6倍左右。MPB/TiO2 NRs的高动力学常数是由于D-A结构的共轭分子MPB可以有效地加速分子内电子转移,以及促进电子在新型电荷转移通道中参与I3-到I-的还原反应。本研究展示的结果有望为研究人工光合作用电荷转移过程的机制和构建高效的光电极提供一些启发。