[发明专利]氧化铱-铁卟啉-氧化钛的高灵敏度光电化学传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电化学传感器技术领域，具体涉及一种高灵敏度谷胱甘肽光电化学传感器及其制备方法。

背景技术

光电化学过程指的是光敏材料在光照作用下所发生的经由电子激发及电荷转移的光电转换过程。电化学生物传感器作为一种独立的集成检测装置, 已经对生化、医疗领域产生了日益重要的影响。随着纳米技术和材料化学的快速发展, 在光电化学过程与电化学生物传感器的结合的基础上发展出了新一代光电化学(PEC)生物传感, 从而为探索各类生物学相互作用提供了一种新的灵敏检测方法。本质上, 和其它已经建立的分析技术如电致化学发光(ECL)—样, PEC分析也是一种基于传统电化学的分析技术。因此, 该方法继承了后者的诸多优点, 如价格低廉, 设备简单, 灵敏度高。但是, 两者之间也存在了很大的差异, PEC传感技术具有一些在传统电化学平台上难以实现的优点。在光电化学检测中, 光被用作激发信号来激发光电化学物质, 而电信号则作为检测信号, 该过程与ECL正好相反。由于采用了两种不同形式的激发和检测信号, 该技术背景信号较低, 故具有很高的灵敏度。实际上, 在使用相同设计进行同一物质检测时, 基于PEC的方法也比基于电化学的方法呈现出更好的检测性能(如更低的检测限)。

光电化学生物分析是近年来新出现并迅速发展的一种分析方法, 其检测原理是基于在光照下识别元件和目标分子之间的生物识别作用而产生相应电信号的改变。因为其独特的优点及其在未来生物传感中的潜力, 该方法吸引了越来越多的关注, 并且在检测性能和生物传感应用等方面也取得了很大进步。 然而, 尽管该方法在已报道的工作中展现了突出的优点, 但实际上, 业界对光电化学生物分析的研究还仍然处于起步阶段。尤其是,与传统电化学方法以及光学分析方法相比, 光电化学分析方法的检测模式和信号传导机理尚待深入研究与扩展。因此, 发展光电化学生物分析新方法是非常有必要的,可以为未来光电化学生物分析提供新颖且普遍适用的路径。本论文通过设计制备新型光电化学系统和探索新的信号传导机理, 成功建立了多种光电化学生物分析新方法, 为光电化学生物传感器的进一步开发与运用奠定了基础。

从PEC生物传感的最初状态发展到现在, 人们已经设计出多种传感器用来检测各种目标分析物。然而, 对于典型的PEC生物传感来说, 两个核心元素是不可或缺的, 即: 光电活性物质(用来产生检测信号)以及生物识别元件(与电极紧密相连)。正如在许多其它类型的生物传感器中一样, 生物识别元件部分包括: 酶, 抗体, 核酸等等。而对于光电活性材料来说, 较多使用的则是有机/无机半导体, 比如钌联吡啶和CdS量子点(QDs)。当半导体纳米粒子吸收的光子能量高于其能带间隙时, 电子从价带跃迁至导带, 因此产生了电子空穴对。该电荷转移过程一旦发生, 随之极易发生电子空穴对的复合或电荷转移。在一定条件下, 导带电子可以向电极或溶液中的电子受体转移, 从而产生阳极或阴极光电流响应。 与此同时, 价带空穴将转移至半导体材料的表面进而被来自溶液或电极中的电子所猝灭。有效电子供体/受体的存在能够高效抑制电子空穴对的复合, 促进光电流的稳定产生。在光电活性物质与生物识别元件结合的基础上, 所有PEC生物传感的工作原理都是基于通过电极的电流/电压的信号变化来监测相应的生物识别反应。具体说来, 生物识别系统将一定的生物化学信息(例如分析物的浓度)转变为电极表面(或周围)某种特定因素的变化, 而这种变化会与光电活性材料的性能有着密切的关系。在光照条件下, 电极会随后将生物识别系统与光电活性材料之间的物理/化学相互作用转化为电信号。