新型光電化學生物感測器中若干關鍵問題的研究

《新型光電化學生物感測器中若干關鍵問題的研究》是依託南京大學，由張劍榮擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：新型光電化學生物感測器中若干關鍵問題的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張劍榮
• 依託單位：南京大學

項目摘要

光電化學生物感測是以光電化學過程與電化學生物感測器相結合為基礎發展起來的新一代感測器。它以光為激發信號，而電信號則作為檢測信號。由於採用了兩種不同形式的激發和檢測信號，使得該技術背景信號低，具有更高的靈敏度。因此作為一種理想的新型感測機制，它已成為當前研究熱點之一。但在已有的光電化學生物感測器中大都採用單一的光電轉換材料，受光電轉換材料能頻寬度的限制，每種光電轉換材料均對應有最佳的吸光波段，因此不能充分利用光源的能量。為此，本項目提出用具有不同能隙寬度的光電轉換材料組成光電轉換複合材料，使之能夠對白光等連續光源中各個波段的光均充分的利用，從而顯著提高光電信號和光電化學生物感測器性能。本項目主要圍繞（1）高光電轉換功能納米材料及量子點的製備；（2）新型光電化學生物感測方式與機理探索；（3）光電化學生物感測電極的修飾與組裝等關鍵問題進行基礎研究，爭取有所新突破。

結題摘要

本項目按照計畫書規劃順利完成研究任務，以通訊作者發表SCI論文29篇，其中Nature指數刊物論文12篇，影響影子大於10論文3篇。代表性論文：Chem.Soc.Rev. 1篇，Angew. Chem. Int. Ed. 1篇，Anal. Chem.5篇，Chem.Commun. 4篇，Chem. Sci. 1篇, Biosensors and Bioelectronics 3篇， Journal of Materials Chemistry A 3篇；專利1件。畢業博士生5名，碩士生1名。達到了預期研究目標。 主要成果如下： 成功製備了一批具有各個能頻寬度（如~3.2 eV、~2.4 eV、~1.4 eV）的光電複合納米材料，例如TiO2/CdS/CdSe二元共敏化光電材料、尺寸不同的CdTe 量子點共敏化TiO2/CdS:Mn 雜合物、SiO2@Ab2信號放大和CdS:Mn/CdTe共敏化TiO2納米管、CdSeTe合金量子點和SiO2@Au納米複合物之間高效的激子能量轉移複合物、CdSe@ZnS核殼量子點敏化TiO2NWs /Au 納米複合物、CdS:Mn@Ru(bpy)2(dcbpy)納米複合物等，並將他們作為光電活性材料，顯著提高了光電化學系統的光電轉換效率。在此基礎上，設計了多種新穎的信號放大元件，採用標記性策略構建了高靈敏的光電化學免疫感測、DNA感測以及適配體感測。 光電免疫分析方法通常以光電陽極為感測電極，但是，該方法在實際樣品分析中具有抗干擾能力差的固有弱點。以光電陰極為基礎的光電免疫分析方法可以有效地避免了實際樣品中測定干擾的問題。我們設計了由光電陽極和光電陰極組成、以光電陰極作為免疫感測電極，分析生物標誌物的新穎光電免疫分析方法。所設計的分析方法具有二個明顯的優點：第一，由於在光陰極上進行生物識別和感測，所以，在檢測實際生物樣品時，陰極感測具有良好的抗干擾能力。第二，由於引入了光陽極，提高了檢測目標分析物Ag的光電流和檢測限。 設計構建了新型光電生物燃料電池，將氮摻雜3D石墨烯作為陽極基地電極種植和生長微生物。同時，對可見光有回響的p-型CuS納米材料作為光敏化劑 用於製備生物燃料電池的陰極。該光助微生物燃料電池既能從燃料又能從光能中獲得電能，在電池中同時實現了二種能量的轉變，功率輸出達到2607 mW m-2，顯示出良好的套用潛力。