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光電化學(xué)技術(shù)范文第1篇

黃 焰

[摘 要]針對(duì)高職（光電探測(cè)與處理技術(shù)）課程，編寫(xiě)適合高職教學(xué)的教材，以典型實(shí)用電路作為項(xiàng)目引導(dǎo)，以學(xué)生動(dòng)手完成實(shí)踐項(xiàng)目作為學(xué)習(xí)任務(wù)，并將課程知識(shí)重點(diǎn)貫穿其中。學(xué)生分組完成實(shí)踐項(xiàng)目，學(xué)習(xí)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的課程知識(shí)點(diǎn)，達(dá)到知識(shí)與技能雙提高的人才培養(yǎng)要求，同時(shí)鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。

[

關(guān)鍵詞 ]項(xiàng)目化教學(xué)；光電探測(cè)；分組實(shí)踐；課程設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-0568(2014)35-0077-02

基金項(xiàng)目：本文系2011年武漢市市屬高?？蒲姓n題“光電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)核心課程‘光電探測(cè)與處理技術(shù)’的項(xiàng)目化課程改革” (編號(hào)：2011102)的科研成果。

《光電探測(cè)與處理技術(shù)》課程是高職院校光電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)的職業(yè)核心課程。該課程圍繞各種光電探測(cè)器件的工作原理，介紹各種器件的特性參數(shù)和使用方法。以往在講授這門(mén)課程時(shí)，任課教師一般會(huì)著重講解理論知識(shí)，并輔以課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)。由于課程講授內(nèi)容與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)，學(xué)生實(shí)踐技能鍛煉有限，這種教學(xué)方式已無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前職業(yè)教育的要求。因此，筆者與教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教師在承擔(dān)該課程教學(xué)時(shí)，大膽采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、分組教學(xué)的方式，編寫(xiě)了適合高職教學(xué)使用的教材，搭建了實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，同時(shí)增大實(shí)踐技能學(xué)習(xí)在課程中所占比例，取得了較好的教學(xué)效果。

一、項(xiàng)目教學(xué)，教材先導(dǎo)

高職光電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)辦學(xué)歷程較短，很多專(zhuān)業(yè)課程沒(méi)有匹配教材，只能選用本科教材?！豆怆娞綔y(cè)與處理技術(shù)》課程的本科教材都是大篇幅地介紹器件工作原理，相關(guān)參數(shù)的計(jì)算等，而對(duì)于器件實(shí)際應(yīng)用的內(nèi)容比較少，高職學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)往往感覺(jué)內(nèi)容枯燥、理解困難，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果較差。

為適應(yīng)職業(yè)教育的要求，筆者與教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教師編寫(xiě)了一本適合高職教學(xué)、以實(shí)踐項(xiàng)目為引導(dǎo)的項(xiàng)目化教學(xué)教材——《光電探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用》。教材以使用各種光電探測(cè)器件組成的實(shí)用型電路為項(xiàng)目，見(jiàn)圖1，針對(duì)各個(gè)項(xiàng)目中使用的光電探測(cè)器件展開(kāi)課程教學(xué)。

選取教材中項(xiàng)目二內(nèi)容進(jìn)行具體說(shuō)明：

項(xiàng)目名稱(chēng)：光敏電阻控制的夜明燈電路

項(xiàng)目分析：完成光敏電阻控制的夜明燈電路，了解光敏電阻在電路中的作用及控制方法。

相關(guān)知識(shí)：光敏電阻的工作原理、檢測(cè)方法、特性參數(shù)。由光敏電阻組成的其他電路及分析。

在該項(xiàng)目中，首先以常見(jiàn)的夜明燈電路為例，介紹了光敏電阻在電路中所起到的控制作用。學(xué)生通過(guò)完成該電路的制作，可掌握光敏電阻在受光照與不受光照時(shí)對(duì)整個(gè)電路起到的作用。教材中選取的實(shí)踐項(xiàng)目都是由易到難，突出實(shí)用效果。例如，在項(xiàng)目二中以直流控制的夜明燈介紹到交流電控制的夜明燈，并給學(xué)生留下開(kāi)發(fā)空間，如何加入聲控和溫控的裝置改進(jìn)電路。學(xué)生在完善電路的過(guò)程中，既掌握了光敏電阻的工作原理，又掌握了其使用方法，還會(huì)在使用過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，參數(shù)測(cè)量，將枯燥的理論教學(xué)融入實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生更容易接受和掌握。

目前，教學(xué)團(tuán)隊(duì)還在開(kāi)發(fā)與本教材配套的實(shí)踐平臺(tái)，將一些常見(jiàn)的電路集成化、模塊化，讓學(xué)生能夠用最短的時(shí)間掌握器件使用方法，并且能夠在該平臺(tái)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展其他的功能，將課本知識(shí)融會(huì)貫通，牢固掌握。

二、分組實(shí)踐，小組測(cè)評(píng)

在課堂上以具體的實(shí)踐項(xiàng)目作為課程學(xué)習(xí)引導(dǎo)，可以極大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)也可以將枯燥的光電探測(cè)器件工作原理的知識(shí)融入各種光控電路之中?！豆怆娞綔y(cè)與處理技術(shù)》這門(mén)課程本來(lái)就是研究各種光電探測(cè)器件的實(shí)用性，以實(shí)現(xiàn)光控制電路和光測(cè)量電路。學(xué)生就業(yè)的對(duì)口企業(yè)大多以生產(chǎn)光電探測(cè)器件為主，而生產(chǎn)制造光控制電路和光測(cè)量電路的企業(yè)則比較分散，難以從對(duì)口企業(yè)中尋找合適的實(shí)踐項(xiàng)目。教師在教學(xué)過(guò)程中，以光控制電路和光測(cè)量電路的基礎(chǔ)電路為起點(diǎn)，并要求學(xué)生在實(shí)踐平臺(tái)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展電路，實(shí)現(xiàn)其他的功能。表1為課程教學(xué)中建議學(xué)生完成的幾組拓展性課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

這八個(gè)拓展性課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目使用了常見(jiàn)的光電探測(cè)器件，并實(shí)現(xiàn)了光控、測(cè)量、機(jī)械控制、顯示等實(shí)用的功能。教師在課程初期將學(xué)生進(jìn)行分組，要求學(xué)生根據(jù)課內(nèi)實(shí)踐項(xiàng)目，自主選取合適的課程設(shè)計(jì)，并自主完成電路。在實(shí)踐的過(guò)程中，可參考教材中光電探測(cè)器件的選取規(guī)則及特性參數(shù)，并加以應(yīng)用及功能擴(kuò)展。

教師在課上僅給出課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的要求及達(dá)到的效果，不提供具體的電路圖和器件參數(shù)，要求小組成員自己查找相關(guān)電路并進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，第三個(gè)項(xiàng)目光控自動(dòng)跟蹤玩具小車(chē)電路，教師僅提出電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)，要求使用光敏三極管，完成小車(chē)行進(jìn)過(guò)程中循跡功能。學(xué)生在自己設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中，根據(jù)課上內(nèi)容和相關(guān)資料中的光電探測(cè)器件特性參數(shù)的列表，選取合適的材料，實(shí)現(xiàn)電路功能。完成課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的過(guò)程，實(shí)際上就設(shè)計(jì)了一個(gè)小型光控電路，了解光控電路的基本組成和功能。有的小組還在教師要求的基礎(chǔ)電路上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新功能，如有的小組還加上了熱釋電器件，做出了小車(chē)避人功能等，如圖2所示為學(xué)生自主完成的一個(gè)智能小車(chē)，他們發(fā)揮自己想想象力，在小車(chē)上添加了各種功能，由簡(jiǎn)單的項(xiàng)目中做出創(chuàng)新，從復(fù)雜的項(xiàng)目中領(lǐng)會(huì)新知，極大限度地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，并能夠全局把握，靈活運(yùn)用各種光電探測(cè)器件。

由于現(xiàn)在課程教學(xué)仍然實(shí)行的是大班教學(xué)，教師將班級(jí)人員劃分成四到五個(gè)小組，每個(gè)小組七至八名成員。每個(gè)小組每次理論課完成后要自行進(jìn)行討論，總結(jié)學(xué)到知識(shí)和遇到的問(wèn)題，并由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)總結(jié)。課堂實(shí)踐時(shí)，也是以小組為單位，每次完成相應(yīng)的實(shí)踐項(xiàng)目，并記錄數(shù)據(jù)。課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目由小組成員討論，選擇自己所要完成的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。小組長(zhǎng)進(jìn)行分工，安排成員負(fù)責(zé)采購(gòu)器件、查閱相關(guān)資料、完成電路設(shè)計(jì)及制作、檢測(cè)的工作，最后以小組為單位進(jìn)行總結(jié)報(bào)告。完成課內(nèi)實(shí)踐項(xiàng)目及課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目必須由小組成員互相合作，每個(gè)成員必須按時(shí)完成自己的任務(wù)。

實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目的最終結(jié)果作為小組各個(gè)成員總評(píng)成績(jī)的重要考核指標(biāo)。每個(gè)實(shí)踐類(lèi)項(xiàng)目最終是否完成，或者是否實(shí)現(xiàn)全部的功能并不能作為最重要的考核標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生選擇的課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目有難有易，關(guān)鍵要看學(xué)生能否掌握光電探測(cè)器件的應(yīng)用，是否有一定的創(chuàng)新與創(chuàng)造能力。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力也非常重要。

課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目完成后，最重要的環(huán)節(jié)是要求學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論，并對(duì)自己完成的項(xiàng)目成功與否、成敗關(guān)鍵在全班同學(xué)面前做出匯報(bào)總結(jié)。任課教師及其他小組的同學(xué)，針對(duì)其匯報(bào)內(nèi)容及課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的完成情況為每個(gè)小組打分。每個(gè)小組的成員都要以背靠背的形式為自己組的成員進(jìn)行評(píng)分。最終的評(píng)分成績(jī)作為小組成員的平時(shí)成績(jī)、實(shí)踐成績(jī)的參考依據(jù)。小組的每個(gè)成員對(duì)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目所做的貢獻(xiàn)多少，付出多少，都會(huì)在小組互評(píng)之中得到體現(xiàn)。在完成課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的同時(shí)，鞏固了在課堂上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，也鍛煉了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

三、課程延伸，學(xué)生受益

通過(guò)課程中大量實(shí)踐的鍛煉，學(xué)生逐漸掌握了各種光電探測(cè)器件的應(yīng)用方法，并且具備了一定的自主設(shè)計(jì)電路、制造電路的能力。有的學(xué)生將課堂上課程設(shè)計(jì)的熱情延續(xù)到課后，自己在完成本組課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目后，還做出了不少其他的光控電路，在日后完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中更為得心應(yīng)手。圖3為學(xué)生將課程中完成的智能小車(chē)進(jìn)行改造，添加藍(lán)牙無(wú)線遙控功能后的新型智能小車(chē)。在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，學(xué)生還自主學(xué)習(xí)了各種機(jī)械控制方法及編程語(yǔ)言，將本課程中并未涉及的知識(shí)，全方位的綜合性進(jìn)行應(yīng)用。有的學(xué)生將自己完成的光控電路設(shè)計(jì)作品在自己的求職簡(jiǎn)歷中進(jìn)行展示，作為他們自主動(dòng)手能力的佐證，這為

另外，在小組分工合作的過(guò)程中，鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，各取所長(zhǎng)，努力完成實(shí)踐項(xiàng)目的過(guò)程中增進(jìn)了學(xué)生之間的感情，同時(shí)讓他們知道自己在小組中承擔(dān)的責(zé)任，這為他們將來(lái)走上工作崗位，如何與工作伙伴協(xié)作共處，打下了基礎(chǔ)。

四、初見(jiàn)成效，持續(xù)改進(jìn)

應(yīng)該說(shuō)，在項(xiàng)目化的教材引導(dǎo)下，學(xué)生能夠由淺入深的接觸到各種光電探測(cè)器件、光控電路、光測(cè)量電路；而分組課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，能夠最大限度地發(fā)揮各個(gè)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，將書(shū)本的內(nèi)容融會(huì)貫通于各個(gè)實(shí)用的項(xiàng)目之中，讓學(xué)生真正學(xué)會(huì)使用各種光電探測(cè)器件。課程教學(xué)的過(guò)程中，既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)也增強(qiáng)了他們自主解決問(wèn)題的能力，完成一個(gè)完整課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的過(guò)程也讓學(xué)生收獲頗豐。

光電化學(xué)技術(shù)范文第2篇

關(guān)鍵詞 ：臭氧氣體分析儀 檢測(cè)原理 應(yīng)用

Abstract ：Ozone gas analyzer is used to measure the concentration of ozone in the air or other gas.The detection principle of ozone gas analyzer includes ultraviolet absorption principle，the principle of semiconductor gas sensors，electrochemical sensor principle and chemical stain principle.

key words ：Ozone Gas Analyzers；Detection Principle；Application

1.引言

臭氧氣體分析儀主要應(yīng)用于臭氧制備車(chē)間、化工、造紙、制藥和香精香料工業(yè)、水處理、食品醫(yī)藥滅菌車(chē)間等場(chǎng)合 。這里對(duì)臭氧氣體分析儀的四種檢測(cè)原理進(jìn)行了闡述，并且對(duì)其適用場(chǎng)合進(jìn)行了簡(jiǎn)單的說(shuō)明。

2.臭氧氣體分析儀檢測(cè)原理

臭氧氣體分析儀根據(jù)不同的檢測(cè)原理一般可以分為以下四種。

2.1紫外吸收原理[1]

研究表明臭氧僅對(duì)波長(zhǎng)253.7nm的紫外線具有最大吸收系數(shù)，在此波長(zhǎng)下紫外線通過(guò)臭氧會(huì)產(chǎn)生衰減，符合Lambert-Beer定律。采用紫外吸收原理的臭氧氣體分析儀，用穩(wěn)定的紫外燈光源產(chǎn)生紫外線，光波過(guò)濾器過(guò)濾掉其它波長(zhǎng)紫外光，只允許253.7nm的紫外線通過(guò)，經(jīng)過(guò)樣品光電傳感器后，再經(jīng)過(guò)臭氧吸收池，

到達(dá)采樣光電傳感器。最后通過(guò)樣品光電傳感器和采樣光電傳感器電信號(hào)比較，根據(jù)Lambert-Beer定律進(jìn)行數(shù)學(xué)模型計(jì)算，從而得出臭氧濃度大小。

2.2半導(dǎo)體氣敏傳感器原理

半導(dǎo)體氣敏傳感器是利用半導(dǎo)體氣敏元件同氣體接觸后，造成半導(dǎo)體性質(zhì)的變化來(lái)檢測(cè)特定氣體的成分或者測(cè)量其濃度。

半導(dǎo)體氣敏傳感器的臭氧氣體分析儀利用氣敏半導(dǎo)體材料，如WO3、SnO、In2O3等金屬氧化物制成敏感元件，當(dāng)它們吸收臭氧時(shí)，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生或放出熱量，使元件的溫度相應(yīng)變化，從而電阻發(fā)生變化，將臭氧的濃度變換成電信號(hào)，進(jìn)行臭氧濃度的測(cè)量。一般情況，隨著氣體的濃度增加，元件阻值明顯增大，在一定范圍內(nèi)，呈線性關(guān)系。

2.3電化學(xué)傳感器原理

電化學(xué)傳感器即是一微型燃料電池。傳感器一般由工作電極、對(duì)電極、參比電極、電解液和電路系統(tǒng)等部件構(gòu)成。工作電極和參比電極之間能保持一個(gè)恒定的電位值，當(dāng)臭氧擴(kuò)散進(jìn)入傳感器時(shí)，在工作電極發(fā)生還原反應(yīng)，對(duì)電極發(fā)生氧化反應(yīng)，對(duì)電極和工作電極之間形成微小的電流，此電流與進(jìn)入傳感器的臭氧濃度一定范圍內(nèi)成正比，最后通過(guò)電路系統(tǒng)處理，計(jì)算出臭氧含量[2]。

2.4化學(xué)變色原理

國(guó)際公認(rèn)化學(xué)變色原理即碘化鉀、硫代硫酸鈉滴定法來(lái)檢測(cè)臭氧濃度[3]。碘化鉀滴定法原理是用強(qiáng)氧化劑臭氧與碘化鉀反應(yīng)，使碘在水里游離出來(lái)，水就會(huì)變?yōu)椴枭ǚ磻?yīng)式：O3+2KI+H2OO2+I2+2KOH）。利用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)液滴定，使游離碘變?yōu)榈饣c，反應(yīng)終點(diǎn)為水完全褪色（反應(yīng)式：I2+2Na2S2O3 2NaI+Na2S4O6）。臭氧濃度的計(jì)算Co3=（ANa×B×24000）/V0（mg/L），其中：Co3為臭氧的濃度，mg/L；ANa為硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液用量，mL；B為硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，mol/L；V0為臭氧化氣體取樣體積，mL。

3.臭氧氣體分析儀的應(yīng)用

紫外吸收原理的臭氧氣體分析儀具有自動(dòng)校正、自動(dòng)運(yùn)行的功能且具有靈敏度高、重復(fù)性好、測(cè)量精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、科研分析和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)等；半導(dǎo)體氣敏傳感器原理的臭氧氣體分析儀具有成本低廉、靈敏度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)和對(duì)氣體的選擇性差、穩(wěn)定性不理想等缺點(diǎn)，多用于家庭和大氣環(huán)境中的探測(cè)；電化學(xué)傳感器原理的臭氧氣體分析儀體積小、響應(yīng)快、選擇性好和測(cè)量準(zhǔn)確穩(wěn)定，多用于化工廠、污染治理的臭氧泄漏或者現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)控，目前便攜式的臭氧檢測(cè)儀器普遍采用電化學(xué)傳感器；化學(xué)變色原理檢測(cè)臭氧測(cè)量范圍廣，高濃度測(cè)量準(zhǔn)確度高，在臭氧濃度大于等于3 mg/L時(shí)，精度可達(dá)到±1%，然而受環(huán)境、人員等干擾因素的影響，一般在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

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（01）：68-69

光電化學(xué)技術(shù)范文第3篇

尿酸是核蛋白和核酸的代謝產(chǎn)物’人體內(nèi)尿酸過(guò)量是許多疾病的征兆’如痛風(fēng)、腎功能衰竭、心血管疾病等，故人體內(nèi)尿酸的檢測(cè)在臨床診斷方面有著重要意義。目前,測(cè)定尿酸的方法主要有色譜法、分光光度法、熒光法、化學(xué)發(fā)光法、電化學(xué)法等。

電化學(xué)發(fā)光因其設(shè)備簡(jiǎn)單、靈敏度高、適用范圍廣等特點(diǎn)而備受關(guān)注。但是目前利用電化學(xué)發(fā)光法測(cè)定尿酸的方法較少。近年來(lái),通過(guò)將發(fā)光試劑固定在電極表面制備得到固相電化學(xué)發(fā)光傳感器’這樣既節(jié)約了昂貴的發(fā)光試劑，又提高了靈敏度,拓寬了電化學(xué)發(fā)光法在分析化學(xué)中的應(yīng)用。溶膠-凝膠膜法和Nafon/MCNT是目前應(yīng)用最多的固定化技術(shù)，但是溶膠-凝膠法制備的電化學(xué)發(fā)光傳感器穩(wěn)定性較差。利用二氧化硅微球包埋聯(lián)吡啶釕，可以改善Si02溶膠-凝膠法固定聯(lián)吡啶釕傳感器的穩(wěn)定性。殼聚糖分子中含有豐富的游離氨基和羥基,具有良好的吸附能力、導(dǎo)電能力和生物相容性,是電化學(xué)發(fā)光傳感器中較優(yōu)良的材料。

本研究利用反相微乳液法制備得到殼聚糖-Ru(bpyg+-Si02復(fù)合納米粒子（CRuSNPs)，帶正電荷的CRuSNPs與帶負(fù)電荷的Nafion通過(guò)靜電作用自組裝固定于玻碳電極表面，制備了電化學(xué)發(fā)光傳感器。此傳感器具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，用于尿酸的免標(biāo)記檢測(cè)，結(jié)果令人滿(mǎn)意。與臨床上測(cè)定尿酸的方法相比’本方法簡(jiǎn)單、試劑用樣量少、選擇性好。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1儀器與試劑

MPI-E型電致化學(xué)發(fā)光分析系統(tǒng)（西安瑞邁電子科技有限公司），Zennium電化學(xué)工作站（德國(guó)Zah-ner公司），UV-1600PC紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（中國(guó)上海美譜達(dá)儀器有限公司），F(xiàn)-4600熒光分光光度計(jì)(日本日立公司），RT5POWER電磁攪拌機(jī)（德國(guó)IKA公司），WF-300D超聲波清洗機(jī)（寧波海曙五方超聲設(shè)備有限公司），TDL-802B型離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠），PT-RO10L實(shí)驗(yàn)室超純水設(shè)備（上海品拓環(huán)保工程設(shè)備有限公司）。三電極系統(tǒng):工作電極為裸玻碳電極或修飾電極,Pt絲為對(duì)電極,Ag/AgCl(飽和KCl溶液）為參比電極。

多壁碳納米管（MCNT,中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司，>7.5%,7?15nmX0.5?10pm.);殼聚糖（於呢=60000~120000g/mol，乙酷化度在40mol%)、三聯(lián)吡啶釘、Nafion117、正硅酸乙酉旨、TritonX-100、正己醇、環(huán)己烷均購(gòu)于Sigma公司；尿酸（天津市華東試劑廠）；其余試劑均為分析純。

0.5%殼聚糖溶液由1%冰醋酸溶液配制而成。0.01mol^LRu(bpy)3+由0.1mol/LPBS溶液(pH7.4)配制而成。Nafion/MCNT的配制：準(zhǔn)確稱(chēng)取0.05g碳納米管分散于60mL2.2mol/LHNO3中，超聲30min后，室溫放置20h，然后用超純水洗至中性，在37°C烘箱中烘干。準(zhǔn)確稱(chēng)取純化后的碳納米管1.5mg于4mL離心管中，加人30|xL0.05%Nafion2.97mL無(wú)水乙醇搖勻。實(shí)驗(yàn)用水為超純水。2.2CRuSNPs的制備

分別取7.5mL環(huán)己烷、1.8mLTrionX-100和正己醇混合，加人300^L超純水為分散相，攪拌0.5h后，依次加人50吣0.01moL/L三聯(lián)吡啶釕和150^L0.5%殼聚糖溶液形成穩(wěn)定的油包水結(jié)構(gòu)，并加人適量NaOH溶液，將體系調(diào)為中性，然后持續(xù)攪拌1h，依次加人90^L正硅酸乙酯、60^L氨水，再持續(xù)攪拌24h，反應(yīng)完全后，加人6mL丙酮破乳，離心收集復(fù)合納米粒子，然后分別以乙醇、超純水超聲離心，吸取上清液得復(fù)合納米粒子，最終將其分散在NaAc-HAc緩沖溶液（pH5.0)中，2°C保存。

2.3電化學(xué)發(fā)光傳感器的制備

將玻碳電極（直徑2mm)在0.05pmA^Og拋光粉上打磨光亮，分別在HNOg(1:1，K/K)，乙醇（1:1，V/V)，超純水中超聲3min，干燥后。取10^LNafion/MCNT混合液滴加于干凈的玻碳電極表面，自然晾干。將修飾好的電極插人200^L均勻的CRuSNPs溶液中30min，CRuSNPs復(fù)合納米粒子通過(guò)靜電吸附隨時(shí)間逐漸自組裝于Nafion/MCNT電極表面，隨后用0.01mol/LPBS(pH7.4)沖洗電極，去除非特異性吸附的CRuSNPs納米粒子，隨后，用循環(huán)伏安技術(shù)將CRuSNPs/Nafion/MCNT電極在0.9?1.4V的電位窗口下掃描至穩(wěn)定，除去電極表面多余的Ru(bpy)3；+，最終可制得電化學(xué)發(fā)光傳感器。圖1為電化學(xué)發(fā)光傳感器的原理圖。

2.4實(shí)驗(yàn)方法

以CRuNPs/Nafion/MCNT/GCE修飾電極為工作電極，當(dāng)電解池中的尿酸與修飾電極作用15min后，在~0.2?1.4V范圍內(nèi)進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，掃描速率為100mV/s，介質(zhì)為0.10mol/LPBS緩沖溶液(含50mmol/LTPA，pH7.4)，光電倍增管負(fù)高壓為800V，記錄電化學(xué)發(fā)光信號(hào)，通過(guò)電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度值對(duì)尿酸進(jìn)行定量分析，所有實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行，所有電位值均相對(duì)于Ag/AgCl參比電極。

3結(jié)果與討論

3.1CRuSNPs的表征

對(duì)合成的CRuSNPs進(jìn)行了TEM表征（圖2)，由圖2可知，所制備的納米顆粒的平均直徑為50nm且分散效果較好。CRuSNPs的紫外和熒光光譜圖見(jiàn)圖3。由圖3A可知，合成的CRuSNPs復(fù)合納米粒子與游離態(tài)的Ru(bpy)23+紫外吸收光譜形狀相同，可知CRuSNPs在水溶液中具有很好的分散性。由圖3B可知，在458nm激發(fā)波長(zhǎng)下，游離態(tài)的Ru(bpy)〗+最大發(fā)射波長(zhǎng)為596nm，而CRuSNPs的最大發(fā)射波長(zhǎng)較Ru(bpy)]+藍(lán)移了17nm，這可能是因?yàn)镃RuSNPs溶液中的SiO-基團(tuán)與Ru(bpy)〗+之間的靜電吸附使得Ru(bpy)2/被束縛在SiO〗納米粒子內(nèi)部，致使CRuSNPs在溶液中時(shí)，很少與周?chē)乃肿酉嗷プ饔?，顯示出熒光發(fā)射波長(zhǎng)相對(duì)較短[18]。

3.2傳感器的電化學(xué)及電化學(xué)發(fā)光行為

實(shí)驗(yàn)對(duì)不同電極表面進(jìn)行了電化學(xué)及電化學(xué)發(fā)光行為進(jìn)行研究。由不同電極在0.1mol/LPBS(pH7.4)中循環(huán)伏安圖（圖4A)可見(jiàn)，Nafion/MCNT修飾電極（曲線b)的電流強(qiáng)于裸玻碳電極(曲線a)，這是因?yàn)镸CNT具有較強(qiáng)的導(dǎo)電性，說(shuō)明Nafion/MCNT已修飾于玻碳電極上，而CRuSNPs/Nafion/MCNT修飾電極（曲線c)的電流強(qiáng)于Nafion/MCNT修飾電極（曲線b)，這是因?yàn)镃RuSNPs納米粒子具有較大的比表面積，電子傳導(dǎo)能力增強(qiáng)，且由曲線c還可看出，在+1.1V處出現(xiàn)可逆的氧化還原峰，這正是Ru(bpy)3+的特征峰，說(shuō)明CRuSNPs已成功修飾于Nafion/MCNT上。

由不同電極在50mmoL/LTPA(0.1moL/LPBS，pH7.4)中的電化學(xué)發(fā)光圖（圖4B)可知，裸電極（曲線a)和Nafion/MCNT修飾電極（曲線b)幾乎不發(fā)光，但將CRuSNPs納米粒子固定在Nafion/MCNT修飾電極上時(shí)，出現(xiàn)明顯的發(fā)光現(xiàn)象（曲線c)，這表明CRuSNPs已很好地固定在Nafion/MCNT電極表面，從而顯示出良好的電化學(xué)發(fā)光行為。

穩(wěn)定性和重現(xiàn)性對(duì)于構(gòu)建可重復(fù)使用的修飾電極至關(guān)重要。由CRuSNPs/Nafion/MCNT修飾電極連續(xù)掃描電化學(xué)發(fā)光圖（圖4C)可見(jiàn)，Nafion/MCNT與CRuSNPs混合膜修飾電極在連續(xù)掃描10圈的過(guò)程中，電化學(xué)發(fā)光信號(hào)非常穩(wěn)定。

3.3尿酸在CRuSNPs/Nafion/MCNT修飾電極上的電化學(xué)發(fā)光行為

考察了尿酸在CRuSNPs/Nafion/MCNT修飾電極上的電化學(xué)發(fā)光行為。如圖5所示，當(dāng)在0.10moVLPBS(含50mmoVLTPA，pH7.4)中加入1.0X10-7moVL尿酸時(shí)，電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度降低，證 明尿酸對(duì)CRuSNPs/Nafion/MCNT修飾電極上Ru(bpy)23+的電化學(xué)發(fā)光有抑制作用。眾所周知，對(duì)于Ru(bpy)2+-TPA電化學(xué)發(fā)光體系，Ru(bpy)〗+被電氧化為Ru(bpy)3+，而TPA被電氧化為T(mén)prA-+，從而形成TprA-自由基，Ru(bpy)33+和TprA-反應(yīng)得到Ru(bpy)2+#，Ru(bpy)2+#從激發(fā)態(tài)返回至基態(tài)便產(chǎn)生電化學(xué)發(fā)光。尿酸對(duì)該電化學(xué)發(fā)光體系的猝滅原因可能是由于尿酸的加入，消耗了部分Ru(bpy)3/所致。

3.4實(shí)驗(yàn)條件的選擇

CRuNPs中的羥基能與尿酸中的胺基形成氫鍵，故CRuNPs/Nafion/MCNT/GCE修飾電極與尿酸的作用時(shí)間及體系的pH值均對(duì)電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度有一定的影響。由圖6可知，隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，電化學(xué)發(fā)光信號(hào)逐漸降低，到15min時(shí)發(fā)光強(qiáng)度趨于平穩(wěn)，再繼續(xù)延長(zhǎng)結(jié)合時(shí)間，響應(yīng)信號(hào)幾乎不變。這表明15min時(shí)即可達(dá)到猝滅最大程度，因此選擇15min作為反應(yīng)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)考察了1.0X10-7mol/L尿酸在pH5.8?8.0范圍內(nèi)的電化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象。結(jié)果表明，隨著pH值增大，抑制效果先增大后減小，當(dāng)pH=7.4時(shí)，抑制效果最大。因此選擇pH7.4的緩沖溶液進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

3.5干擾實(shí)驗(yàn)

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)尿酸濃度為1.0X10-7mol/L，相對(duì)誤差不超過(guò)±5%時(shí)，1000倍的K+，Na+，F(xiàn)e2+，Zn2+，Ca2+，Mg2+，Cl-；500倍的葡萄糖、尿素、蔗糖；100倍的L-谷氨酸、L-賴(lài)氨酸、羥脯氨酸、抗壞血酸不干擾測(cè)定；50倍的草酸干擾測(cè)定，實(shí)驗(yàn)采取加入Ca2+消除干擾。

3.6傳感器對(duì)尿酸的電化學(xué)發(fā)光響應(yīng)

在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，按實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定不同濃度尿酸電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度并繪制工作曲線（圖7)。電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度和尿酸濃度（1.0x10-10?1.0x10_5mol/L)的負(fù)對(duì)數(shù)呈良好的線性關(guān)系，線性方程為:1ECL=-709.52-202.

3.7傳感器的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性分析

用同一支傳感器對(duì)1.0X10-8mol/L尿酸連續(xù)測(cè)定11次，電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)偏差為2.9%，用同一批次的5支傳感器對(duì)1.0X10-8mol/L尿酸進(jìn)行測(cè)定，電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)偏差為3.1%，說(shuō)明此傳感器有較好的重現(xiàn)性。為考察傳感器的穩(wěn)定性，使傳感器吸附1.0X10-8mo^L尿酸溶液后，置于4T下保存，定期測(cè)定電化學(xué)發(fā)光信號(hào)值。14天內(nèi)，電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度幾乎不變，說(shuō)明傳感器的穩(wěn)定性較好。

    3.8樣品測(cè)定

取3份新鮮尿液0.5mL于50mL容量瓶中，加人1.00mL0.01mol/LCaCl2以除去C2O〗，用高純水定容，再將該溶液稀釋1000倍，以此為分析樣品，按照實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)，進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。加標(biāo)回收率為98.5%?103.5%，RSD為2.3%?3.1%，表明本方法可用于實(shí)際樣品的測(cè)定。

表1尿液樣品分析及回收率實(shí)驗(yàn)

光電化學(xué)技術(shù)范文第4篇

作為開(kāi)創(chuàng)了手性大分子全新領(lǐng)域的手性導(dǎo)電高分子聚合物，對(duì)科學(xué)研究者產(chǎn)生了極大的吸引力。手性導(dǎo)電高分子聚合物的優(yōu)點(diǎn)在于：1、導(dǎo)電性能佳；2、在溶液里，能提現(xiàn)其良好的承受PH值發(fā)生轉(zhuǎn)變的能力；3、在溶液里，具有出色的氧化還原性；4、良好的手性選擇性；5、優(yōu)秀的分子識(shí)別能力。這些能力使其將來(lái)會(huì)在電化學(xué)開(kāi)關(guān)、手性色譜、手性化學(xué)傳感器、膜層析技術(shù)及表面修飾電極等領(lǐng)域得到廣泛發(fā)展。手性分子在自然界中存在廣泛，天然氨基酸、簡(jiǎn)單糖類(lèi)等很多重要的生物藥劑，都是手性分子，最引人重視的是某種旋光對(duì)映異構(gòu)體，是它們唯一存在的結(jié)構(gòu)。手型結(jié)構(gòu)廣泛存在與生物大分子中，在生命系統(tǒng)中兼具著十分重要的職能，例如普遍存在于重要生物聚合物（DNA、核苷酸、蛋白質(zhì)）等螺旋狀的手性，手性控制更是藥物試驗(yàn)中一個(gè)是關(guān)鍵的要素，針對(duì)手性藥物的設(shè)計(jì)和合成，在近幾十年來(lái)都采取了大量的研究。這里重點(diǎn)介紹新一類(lèi)手性大分子，就是手性導(dǎo)電高分子聚合物。

當(dāng)作為手性基質(zhì)或手性電極材料對(duì)具備手性的導(dǎo)電有機(jī)高分子聚合物進(jìn)行使用時(shí)，后者一些諸如獨(dú)特的力學(xué)、電學(xué)和電化學(xué)特性會(huì)在使用過(guò)程中被表現(xiàn)出來(lái)。利用能被聚合物骨架官能團(tuán)吸附的特性，微粒、動(dòng)植物體內(nèi)的薄膜與納米纖維等都可以運(yùn)用它們制作，應(yīng)用這些功能，可以在特定分子的識(shí)別、提純開(kāi)展上開(kāi)拓更廣闊的空間。

二、手性導(dǎo)電高分子聚合物的發(fā)展

Baughman等在1985年就提出，具有單一旋光性的純?nèi)〈虿⒌骄酆衔镦溕系氖中該诫s陰離子可以誘導(dǎo)共軛導(dǎo)電聚合物的π-π*吸收帶上的光學(xué)活性。前一種路徑主要應(yīng)用在合成一系列的手性聚吡咯及手性聚噻吩上，后者對(duì)于合成手性聚苯胺有很高的成功率。隨著對(duì)手性導(dǎo)電高分子聚合物研究的進(jìn)一步加深，更多的有效的手性導(dǎo)電高分子聚合物合成路徑被研究者們報(bào)道出來(lái)。這些路徑在手性導(dǎo)電高分子聚合物合成領(lǐng)域做出極大的貢獻(xiàn)。

1.手性聚苯胺

手性聚苯胺作為一種特殊的導(dǎo)電聚合物，在電化學(xué)不對(duì)稱(chēng)合成、手性拆分和電磁功能材料等方面有著良好的應(yīng)用前景。

合成手性聚苯胺的方法中，日常應(yīng)用比較廣的有電化學(xué)聚合法及二次摻雜法。

二次摻雜法合成手性聚苯胺的原理是基于手性摻雜離子的加入來(lái)增長(zhǎng)聚苯胺鏈或預(yù)合成聚苯胺鏈。此類(lèi)方法不能夠用于合成聚吡咯及聚噻吩。

電化學(xué)聚合法的作用機(jī)理是通過(guò)電極形成的電位差作為引發(fā)和反應(yīng)聚合反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力，在適當(dāng)?shù)碾娀瘜W(xué)條件下，苯胺在陽(yáng)極上發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，聚苯胺粉末就會(huì)粘附在電極表面薄膜或者沉積在電極表面，利用這種方式，就可以獲得聚苯胺。研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)電極電位可以令手性聚苯胺的旋光性產(chǎn)生變化，調(diào)整反應(yīng)溫度還可以改變聚苯胺主鏈構(gòu)型。

要生成單一螺旋鏈構(gòu)型的導(dǎo)電聚苯胺膜必須在左（或右）旋樟腦磺酸根離子存在的環(huán)境下對(duì)映體選擇電聚合。此薄膜出現(xiàn)強(qiáng)烈的圓二色性，左旋、右旋偏振光的吸收系數(shù)差值在445nm時(shí)達(dá)到0.16mol/c㎡。原子空間排列的穩(wěn)定劑，可以使用聚苯乙烯磺酸來(lái)充當(dāng)，同時(shí)摻雜右（或左）旋樟腦磺酸，電化學(xué)聚合法可以用于手性聚苯胺膠體的制備，而且采取恒電位法也是適用的。同時(shí)，在摻雜過(guò)程里，為了誘導(dǎo)聚苯胺主鏈對(duì)映體選擇重排，可以利用手性樟腦磺酸采取單一螺旋構(gòu)型的方式，使得聚苯胺膠體具有旋光性。

手性聚苯胺的結(jié)構(gòu)及性能對(duì)于電化學(xué)聚合過(guò)程電位的高低很敏感。聚苯胺鏈和對(duì)映體選擇摻雜劑間的靜電力和氫鍵作用使得聚合物鏈優(yōu)先采取單向螺旋構(gòu)型，因此，手性誘導(dǎo)劑樟腦磺酸的濃度是決定螺旋構(gòu)型成長(zhǎng)速率的關(guān)鍵。

此外，不同電極上苯胺聚合的初始氧化電位不同，假如電位定于初始氧化電位低時(shí)，在電聚合前就有一個(gè)明顯的孵化期，電位越低，孵化期越長(zhǎng)，低聚物于孵化期慢慢生成。導(dǎo)電基底不同，孵化時(shí)間亦不同。減少或消除孵化期，可以通過(guò)調(diào)整電位進(jìn)行。

利用電化學(xué)聚合法合成手性聚苯胺過(guò)程中，溫度的改變也促使聚苯胺主鏈螺旋型構(gòu)型的變化，所以，電化學(xué)沉積溫度對(duì)PANI·（+）-HCSA的手性具有中有影響。

手性導(dǎo)電聚苯胺具備很多優(yōu)秀獨(dú)特的性能，除了催化性能、電性能、電致顯色性能、電磁屏蔽以及吸波等，還具有旋光性。獨(dú)特的摻雜可逆特性讓手性導(dǎo)電聚苯胺在生物傳感器、手性識(shí)別等方面具有很大的潛在應(yīng)用前景。手性導(dǎo)電聚苯胺擴(kuò)展了聚苯胺的應(yīng)用，磁屏蔽及吸波性能等，讓手性導(dǎo)電聚苯胺有望在制備電磁低損耗、質(zhì)輕、寬頻的吸波材料上得到很好的應(yīng)用。

2.手性聚吡咯

手性吡咯高分子聚合物被Baughman等在1985年通過(guò)聚吡咯單體的電聚合首次將手性取代基工價(jià)結(jié)合到吡咯的氮上而誕生，在波攤點(diǎn)機(jī)上沉積的穩(wěn)定聚吡咯，它的循環(huán)二色譜特征很明顯。隨后運(yùn)用電聚合，研究者們成功的合成了3-取代吡咯環(huán)單體。新合成的取代吡咯聚合物對(duì)比于未取代的來(lái)說(shuō)，導(dǎo)電性較低。取代基體積過(guò)大，致使聚合物鏈扭曲，可能是導(dǎo)致其導(dǎo)電性的主因。

手性聚吡咯可用于生物、離子檢測(cè)、超電容及防靜電材料及光電化學(xué)電池的修飾電極、蓄電池的電極材料。此外，還可以作為電磁屏蔽材料和氣體分離膜材料，用于電解電容、電催化、導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料等，應(yīng)用范圍很廣。

3.手性聚噻吩

類(lèi)似芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)令手性聚噻吩具有很好的環(huán)境穩(wěn)定性，合成方便，摻雜后擁有很高的導(dǎo)電性和發(fā)光性，這些都使它備受人們關(guān)注。作為高分子材料，聚噻吩尺寸極小，具有豐富的潛在功能，導(dǎo)電能力調(diào)控范圍包括絕緣到接近金屬內(nèi)，而且，經(jīng)過(guò)加工后還可以讓材料獲得電學(xué)、光學(xué)和力學(xué)等特性。

單體的化學(xué)、電化學(xué)的氧化是合成具有光學(xué)活性的手性聚噻吩的最常用方法，這次單體都是噻吩環(huán)3位取代手性產(chǎn)物。噻吩不溶于水的特性，令其氧化反應(yīng)多在溶液中發(fā)生。近來(lái)手性晶體排列的聚噻吩很多都是利用在膽固醇結(jié)構(gòu)晶體排列的溶劑中非手性噻吩的電化學(xué)合成的，或者利用帶有晶體排列的側(cè)基的聚合合成。生物聚合和金屬離子作側(cè)鏈的聚噻吩的絡(luò)合也是被應(yīng)用的。

參考文獻(xiàn)

[1]楊豐科，曹偉麗，李金芝，手性導(dǎo)電高分子聚合物的研究進(jìn)展，材料導(dǎo)報(bào)，2011（25）

光電化學(xué)技術(shù)范文第5篇

生物傳感器是由生物活性單元(如酶、抗體、蛋白質(zhì)、核酸和細(xì)胞等)和信號(hào)轉(zhuǎn)換器組成并利用生物識(shí)別原理來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的一種裝置［1］。它是一種由生物、化學(xué)、物理、醫(yī)學(xué)和電子技術(shù)等多種學(xué)科互相滲透成長(zhǎng)起來(lái)的高新技術(shù)，具有選擇性好、靈敏度高、分析速度快、成本低、在復(fù)雜的體系中進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，及其易于自動(dòng)化、微型化與集成化的特點(diǎn)。特別是近年來(lái)分子生物學(xué)、微電子學(xué)、光電子學(xué)、微細(xì)加工技術(shù)及納米技術(shù)等新學(xué)科和新技術(shù)的進(jìn)展，使生物傳感器的研究蓬勃發(fā)展，成為新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。根據(jù)分子識(shí)別元件與待測(cè)物結(jié)合的性質(zhì)可將生物傳感器分為生物催化型(代謝型)和生物親和型(受體型)。生物親和型傳感器是利用分子間特異的親和性，即生物活性物質(zhì)對(duì)底物的親和或鍵合作用而建立起來(lái)的，如免疫傳感器、受體傳感器和DNA傳感器等。根據(jù)生物反應(yīng)產(chǎn)生信息的物理或化學(xué)性質(zhì)，可采用電化學(xué)、光譜、熱、壓電和表面聲波等技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)［1］。本文按照傳感信號(hào)方式的不同，對(duì)近年來(lái)親和型生物傳感器在生物醫(yī)學(xué)上的進(jìn)展予以綜述。

1免疫傳感器

癌癥是人類(lèi)健康的殺手，是否能較早診斷出癌癥的前期征兆是影響癌癥患者恢復(fù)的關(guān)鍵因素。眾所周知，在腫瘤發(fā)展的過(guò)程中，腫瘤組織或細(xì)胞會(huì)釋放出一些特異性的蛋白質(zhì)進(jìn)入循環(huán)體系，而這些特異性蛋白在血液中的含量水平標(biāo)志著腫瘤發(fā)展的階段，所以在生物醫(yī)學(xué)上常將這些特異性蛋白稱(chēng)為腫瘤標(biāo)記物。臨床醫(yī)學(xué)上常將這些腫瘤標(biāo)記物的檢測(cè)作為臨床檢驗(yàn)和診斷的重要依據(jù)［1］。生物化學(xué)、酶聯(lián)免疫和分子生物學(xué)等多種方法已用于腫瘤標(biāo)記物的檢測(cè)，雖然這些方法具有較高的選擇性、準(zhǔn)確度，但是存在輻射威脅、耗時(shí)和費(fèi)用較高等缺點(diǎn)。由于免疫傳感器結(jié)合了免疫反應(yīng)的特異性分子識(shí)別和便利的檢測(cè)技術(shù)而得到研究者的普遍關(guān)注，故開(kāi)發(fā)快速而準(zhǔn)確的腫瘤標(biāo)記物的免疫傳感器成為生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)的研究熱點(diǎn)。腫瘤標(biāo)記物一般分為以下幾類(lèi):酶、糖蛋白、粘糖蛋白、激素、免疫分子和癌基因等。臨床醫(yī)學(xué)實(shí)踐表明，甲胎蛋白(AFP)、降血鈣素(CT)、癌胚抗原(CEA)、人絨毛膜促性腺素(hCG)、前列腺特異抗原(PSA)、鱗狀上皮細(xì)胞抗原(SCCA)、神經(jīng)元特異性烯醇酶(NSE)和CA(CarcinomaAntigen)等均是典型的腫瘤標(biāo)記物［1］。如腸癌的腫瘤標(biāo)記物為CEA、CA19-9和CA24-2;前列腺癌的腫瘤標(biāo)記物為F-PSA、PSA和PAP。按照免疫傳感器檢測(cè)信號(hào)的不同，可分為電化學(xué)型、光學(xué)型和質(zhì)量敏感型等。

1．1電化學(xué)免疫傳感器

電化學(xué)免疫傳感器可再分為電位型、電容型和電流型。電位型傳感器在免疫傳感中應(yīng)用不多。梁茹萍等［2］利用戊二醛交聯(lián)CA15-3抗體的電位型免疫傳感器用于乳腺癌CA15-3的檢測(cè)，獲得了良好的檢出限(5U/mL)和穩(wěn)定性(30d)。Fu等［3］制備了40nm的氧化鐵納米柱修飾碳糊電極，用于固定CEA建立了測(cè)定CEA的電位型免疫傳感器。其線性范圍為1.5～80μg/L，檢出限為0.9μg/L。對(duì)臨床血液樣本的檢測(cè)結(jié)果與酶聯(lián)免疫法相符合。Zhou等［4］將納米金吸附在溶于PVC的鄰苯二胺的氨基上，制備了一種增塑的PVC膜的電位傳感器用于α-AFP的檢測(cè)。該傳感器的響應(yīng)時(shí)間短(4min)、檢出限低(1.6μg/L)。但電位型免疫傳感器的不足之處在于:信噪比較低，線性范圍窄，非特異性抗體-抗原作用及背景信號(hào)較高。電容型免疫傳感器是一種高靈敏非標(biāo)記型免疫傳感技術(shù)。在電容型免疫傳感器的制作中，傳感界面的構(gòu)建和生物識(shí)別層的固定是影響其性能的重要因素?？刹捎冒雽?dǎo)體氧化物膜、自組裝單分子膜、電聚合膜、溶膠凝膠膜和等離子體聚合膜等來(lái)構(gòu)建電容型免疫傳感器。Fernandez-Sanchez等［5］研制了可以用于檢測(cè)PSA的免疫傳感器。他們將對(duì)pH敏感的聚合物附著在電化學(xué)傳感器的表面，用于快速而靈敏地檢測(cè)親和反應(yīng)過(guò)程中的電容及阻抗變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PSA的靈敏檢測(cè)。Quershi等［6］在納米晶鉆(NCD)-interdigitatedgold(GID)電極表面固載抗體，進(jìn)而通過(guò)電容法測(cè)定心血管標(biāo)記物CRP。結(jié)果表明，電容器的靈敏度表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是當(dāng)抗體與抗原結(jié)合后，極化常數(shù)和弛豫時(shí)間常數(shù)明顯增大，二是傳感器的靈敏度與抗體濃度及施加頻率緊密相關(guān)。袁若等［7］報(bào)道了一種在玻碳電極表面修飾金納米粒子，進(jìn)而吸附CEA抗體，用鐵探針離子的阻抗特性來(lái)檢測(cè)CEA，獲得了良好的檢出限和靈敏度。

Rajesh等［8］在ITO修飾電極上利用自組裝膜固定α-CRP，利用電化學(xué)阻抗法檢測(cè)α-CRP抗體與抗原的親和作用，其檢出限達(dá)到3.5μg/L。由于電容法和阻抗法可以獲取直接、非標(biāo)記的親和信號(hào)，所以在臨床診斷上具有良好的發(fā)展前景。但電容法存在的問(wèn)題在于響應(yīng)電容易受到非特異性吸附的影響，其重現(xiàn)性不如法拉第阻抗法與伏安法。所以如何優(yōu)化傳感界面，改善響應(yīng)電容的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性仍是電容型免疫傳感器發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題。電流型免疫傳感器備受研究者的關(guān)注。由于大多數(shù)待測(cè)物不能直接參與電化學(xué)反應(yīng)，常采用加入電子媒介體和標(biāo)記酶來(lái)催化底物轉(zhuǎn)化為電活性物質(zhì)來(lái)制備傳感器。雖然加入電子媒介體會(huì)降低檢出限，但其分離和洗滌步驟限制了它在生物醫(yī)學(xué)上的廣泛應(yīng)用。而基于標(biāo)記酶的直接電子傳遞的免疫傳感器則簡(jiǎn)化了分離和洗滌步驟，在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用更有吸引力。鞠幌先研究組曾對(duì)腫瘤標(biāo)記物的電流型傳感器進(jìn)行了深入的研究［9-12］。如將硫堇和HRP標(biāo)記的CEA抗體通過(guò)戊二醛交聯(lián)在電極表面，制成了一種具有良好穩(wěn)定性的傳感器。該傳感器減少了加入電子媒介體的麻煩，并且不需乳化和洗滌，線性范圍為0.5～3.0和3.0～167μg/L，檢出限為0.1μg/L，重現(xiàn)性良好［10］。他們還研究了基于HRP的直接電子傳遞的免疫CEA傳感器，對(duì)CEA的檢出限為0.3μg/L，并將實(shí)際樣品的檢測(cè)結(jié)果與臨床檢測(cè)方法相比照，獲得了滿(mǎn)意的結(jié)果［12］。除此之外，研究人員還結(jié)合納米粒子的電子傳導(dǎo)、絲網(wǎng)印刷技術(shù)、微流控裝置、毛細(xì)管電泳和流動(dòng)注射等技術(shù)對(duì)腫瘤標(biāo)記物的檢測(cè)進(jìn)行了研究。

Jin等［13］結(jié)合毛細(xì)管電泳和電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)，對(duì)腫瘤標(biāo)記物CA125進(jìn)行了檢測(cè)。Kojima等［14］設(shè)計(jì)了一種包含36個(gè)Pt微電極的陣列，運(yùn)用不同的抗體來(lái)捕獲腫瘤標(biāo)記抗原，采用電化學(xué)免疫檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多標(biāo)記物的同時(shí)檢測(cè)。Wilson等［15］采用雙電極的免疫傳感器同時(shí)采用安培法測(cè)定了CEA和AFP，獲得了1μg/L的低檢出限，并有效抑制了交叉干擾。研究表明，這些新技術(shù)在免疫傳感器中的引入，不僅降低了待測(cè)物的檢出限，而且可以有效降低共存物質(zhì)的干擾，并可實(shí)現(xiàn)多通道同時(shí)檢測(cè)多種腫瘤標(biāo)記物。由于納米材料的獨(dú)特性質(zhì)，使其在實(shí)時(shí)、靈敏檢測(cè)標(biāo)記物方面具有廣泛的應(yīng)用前景。如Zheng等［16］利用抗體功能化的二氧化硅納米線制備了一種新型傳感器，用于在血漿中的癌癥標(biāo)記物的非標(biāo)記實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。Ramanathan等［17］和Willner等［18］曾報(bào)道利用聚合物納米線和碳納米管進(jìn)行相關(guān)生物親和體系內(nèi)標(biāo)記物的檢測(cè)。Wu等［19］將CEA/納米金通過(guò)殼聚糖固定在絲網(wǎng)印刷電極上，結(jié)合流動(dòng)注射法建立了一種快速而方便的CEA電化學(xué)免疫傳感器，CEA檢測(cè)的線性范圍為0.50～25μg/L，檢出限為0.22μg/L。該傳感器通過(guò)流動(dòng)注射HRP-anti-CEA，故可以控制乳化時(shí)間，并易于自動(dòng)化。Wang等［20］將聚鳥(niǎo)嘌呤功能化的二氧化硅納米粒子標(biāo)記壞疽抗體的夾心型傳感器用于壞疽因子的電化學(xué)測(cè)定，可直接用于生物樣品中壞疽因子的檢測(cè)，檢出限為2.0pmol/L。Chen等［21］在玻碳電極表面氣相沉積納米金/硅溶膠，將HRP功能化的hCG抗體固定于其上，建立了一種無(wú)試劑的電化學(xué)免疫傳感器用于hCG的靈敏檢測(cè)，其檢出限為0.3mIU/mL。Wang等［1］對(duì)近年來(lái)功能化碳納米管在腫瘤標(biāo)記物上的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

1．2光學(xué)免疫傳感器

由于光學(xué)免疫傳感器具有非破壞性操作、快速獲取信號(hào)及使用可見(jiàn)光輻射等優(yōu)勢(shì)，故在腫瘤標(biāo)記物的檢測(cè)中占有重要地位。根據(jù)其檢測(cè)原理，光學(xué)免疫傳感器可分為熒光、化學(xué)發(fā)光和表面等離子體共振等類(lèi)型。近年來(lái)，熒光檢測(cè)在臨床診斷和檢測(cè)中獲得了很大的進(jìn)展。Nakamura等［35］結(jié)合流動(dòng)注射系統(tǒng)和陽(yáng)離子交換樹(shù)脂毛細(xì)管柱制備了hCG免疫傳感器。利用離子交換柱來(lái)分離FITC-IgG和FITC-IgG抗體，然后利用熒光檢測(cè)hCG，其線性范圍為25～1500mIU/mL。Yan等［36］將免疫親和反應(yīng)柱與流動(dòng)注射體系相連接，然后通過(guò)時(shí)間分辨熒光免疫檢測(cè)法進(jìn)行CEA的測(cè)定(如圖1所示)。納米材料特別是量子點(diǎn)的引入，使熒光型生物傳感器的發(fā)展尤為引人矚目，Zhong［37］對(duì)近年來(lái)基于熒光生物傳感中納米材料的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。Hong等［38］對(duì)納米金、溶劑對(duì)熒光團(tuán)的熒光效應(yīng)進(jìn)行了比較研究，發(fā)現(xiàn)納米金試劑的熒光增強(qiáng)效應(yīng)可以使腫瘤標(biāo)記物的檢出限降低10倍，并且對(duì)心血管標(biāo)記物CRP的檢出限可低至數(shù)10pmol?；瘜W(xué)發(fā)光免疫傳感器多采用直接化學(xué)發(fā)光、化學(xué)發(fā)光基底標(biāo)記和酶標(biāo)記等3種技術(shù)。但大多數(shù)化學(xué)發(fā)光免疫傳感器是利用酶增大檢測(cè)信號(hào)，并與流動(dòng)注射系統(tǒng)相結(jié)合來(lái)提高其檢測(cè)自動(dòng)化性能。Ju等［39］對(duì)化學(xué)發(fā)光免疫傳感器的自動(dòng)化進(jìn)行了較多研究，并對(duì)近年來(lái)電化學(xué)發(fā)光傳感器在腫瘤標(biāo)記物方面的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

Jie等［40］首次以gold/silica/CdSe-CdS雜交納米結(jié)構(gòu)制備了靈敏的電化學(xué)發(fā)光生物傳感器，用于測(cè)定CEA，獲得了良好的效果。雖然化學(xué)發(fā)光免疫傳感器的靈敏度高，選擇性好，但是改善腫瘤標(biāo)記物的固定化技術(shù)和傳感器的微型化、集成化仍是化學(xué)發(fā)光免疫傳感器的發(fā)展方向。表面等離子體共振(SPR)是利用金屬膜/液面界面光的全反射來(lái)分析生物分子相互作用的一項(xiàng)新興技術(shù)，生物傳感芯片是SPR傳感器的核心部分。它對(duì)免疫特異識(shí)別、蛋白質(zhì)折疊機(jī)理、生物特異相互作用的結(jié)合位點(diǎn)及濃度分析上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并且可以獲得很低的檢出限(10－13～10－9mol/L)?？蓪?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物大分子之間的相互作用及其影響因素的作用環(huán)節(jié)，成為疾病診斷和機(jī)理研究的有效工具。Chou等［41］將抗人鐵蛋白單克隆抗體固定在SPR敏感的金表面，建立了人鐵蛋白的SPR免疫傳感器，可以測(cè)定非特異性腫瘤標(biāo)記物人鐵蛋白。Yu等［42］基于表面等離子體的衍射建立了hCG的免疫傳感器。Corso等［43］將抗體通過(guò)自組裝膜固定在金表面，建立了一種實(shí)時(shí)靈敏監(jiān)測(cè)胰腺癌的腫瘤標(biāo)記物間皮蛋白的聲波免疫傳感器，可以檢測(cè)納克級(jí)的間皮蛋白(mesothelin)。近年來(lái)，諸多研究集中在如何克服SPR傳感器檢測(cè)小分子靈敏度低的問(wèn)題，相信隨著SPR傳感器在腫瘤標(biāo)記物研究上的深入，其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用將更為廣泛。

1．3質(zhì)量型免疫傳感器

石英晶體微天平(QCM)型免疫傳感器由于其非標(biāo)記和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)使其在腫瘤標(biāo)記物的檢測(cè)中也有較多應(yīng)用。Zhang等［44］制備了一種2×5模式的多通道壓電QCM用于檢測(cè)血液和尿液中的hCG，其檢測(cè)效率高，比單通道檢測(cè)的速度快8倍以上。Kim等［45］在微芯片上制備了檢測(cè)心血管標(biāo)記物CRP的QCM免疫傳感器，對(duì)CRP的檢測(cè)線性范圍寬，達(dá)到0.13～25016μg/L，檢出限為0.13μg/L。

1．4免疫傳感器在多分析物同時(shí)檢測(cè)中的應(yīng)用

在醫(yī)學(xué)臨床診斷中，某一種非特異性腫瘤標(biāo)記物的值升高并不能確診癌癥，常需要進(jìn)行多個(gè)腫瘤標(biāo)記物的同時(shí)檢測(cè)，才能獲得準(zhǔn)確的診斷結(jié)果［1］。Matsumoto等［46］報(bào)道了一種利用時(shí)間分辨熒光免疫傳感器同時(shí)測(cè)定α-AFP和CEA，他們采用Eu標(biāo)記的抗AFP抗體及Sm-標(biāo)記的親和素來(lái)測(cè)定α-AFP和CEA，獲得了較低的檢出限，它們的檢出限分別為0.07和0.3μg/L，并在實(shí)際樣品的測(cè)定中獲得了良好的準(zhǔn)確度。Song等［47］用微分析系統(tǒng)熒光免疫傳感器同時(shí)測(cè)定了CEA、AFP、β-HCG、CA125、CA19-9和CA15-3，均獲得了較寬的線性范圍，對(duì)于CEA、AFP、β-HCG為0～640μg/L，對(duì)于CA125、CA19-9和CA15-3為0～1280μg/L。Kojima等［14］將捕獲抗體固定在雙層硅氧烷層中，制備了微蛋白質(zhì)芯片用于AFP和β2-微球蛋白的電化學(xué)免疫檢測(cè)，由于采用了夾心型的結(jié)構(gòu)，有效降低了酶催化產(chǎn)物的擴(kuò)散而獲得較高的靈敏度。Wu等［48］用醋酸纖維素共固定硫堇和2種抗原于絲網(wǎng)印刷芯片的碳電極上，用于CA19-9和CA125的電化學(xué)免疫測(cè)定，其檢出限分別為0.2和0.4U/mL。Fu等［49］采用雙通道體系化學(xué)發(fā)光免疫同時(shí)檢測(cè)α-AFP和CEA，對(duì)α-AFP和CEA的檢出限分別達(dá)到1.5和0.25μg/L。Wilson等［50-52］將微芯片技術(shù)與電化學(xué)免疫結(jié)合，分別進(jìn)行了CEA、AFP，4種不同的蛋白質(zhì)及7種腫瘤標(biāo)記物的同時(shí)檢測(cè)。他們采用多個(gè)IrOx傳感器來(lái)降低酶催化產(chǎn)物的擴(kuò)散，進(jìn)而在電極上獲得良好的電化學(xué)響應(yīng)，并獲得了較低的檢出限。Qureshi等［53］利用GID電極電容法同時(shí)檢測(cè)抗CRP、α-TNF和IL6，其檢測(cè)范圍為25pg/mL～25ng/mL，為心血管患者提供了良好的前期診斷。能同時(shí)檢測(cè)多個(gè)腫瘤標(biāo)記物的免疫傳感器及微流控芯片系統(tǒng)的應(yīng)用，在癌癥的預(yù)期診斷方面是現(xiàn)今重點(diǎn)發(fā)展的方向。

2適體生物傳感器

核酸適體是一種能夠與蛋白質(zhì)、小分子、離子、核酸、甚至整個(gè)細(xì)胞等目標(biāo)分子結(jié)合，通過(guò)指數(shù)富集的配位系統(tǒng)進(jìn)化技術(shù)(SELEX)經(jīng)體外篩選的人工合成寡聚核苷酸或肽分子。適配體還具有分子量小、易體外合成和修飾、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，常被稱(chēng)為“化學(xué)抗體”，故一經(jīng)出現(xiàn)便成為化學(xué)工作者用于分子識(shí)別和靶標(biāo)物檢測(cè)研究的得力工具，為生物分析方法和傳感器的設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新的思路［54］。核酸適體可形成一些穩(wěn)定的三維空間結(jié)構(gòu)，如發(fā)夾、假結(jié)、凸環(huán)和G-四鏈體等結(jié)構(gòu)。分子識(shí)別時(shí)，在目標(biāo)分析物誘導(dǎo)下單鏈核酸適體會(huì)折疊成特殊的二級(jí)結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的適體與靶體之間的作用有單位點(diǎn)結(jié)合和雙位點(diǎn)結(jié)合(夾心型)2種。研究表明，適配體的結(jié)構(gòu)稍有差異，則靶分子與其結(jié)合就受到阻礙［54］。顯然，適體的這些特點(diǎn)對(duì)于發(fā)展高靈敏、高選擇性和快速高通量的靶標(biāo)分子分析檢測(cè)十分重要，并日漸成為分析化學(xué)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。研究人員已經(jīng)成功地創(chuàng)建了大量基于核酸適體的分析新方法，包括電化學(xué)法、熒光、比色法、壓電和SPR等［55-57］。

2．1電化學(xué)適體傳感器

電化學(xué)適體傳感器集合了核酸適體和電化學(xué)傳感器的優(yōu)勢(shì)，成為近年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在阻抗型電化學(xué)適體傳感器中，適體的固定化程序至關(guān)重要。通常有混合自組裝膜和在自組裝膜上共價(jià)固定等幾種方法。Wang等［58］首次報(bào)道了識(shí)別誘導(dǎo)表面電荷轉(zhuǎn)換的FIS適體傳感器。結(jié)果表明，如果體系pH低于目標(biāo)蛋白pI，則蛋白質(zhì)的識(shí)別將扭轉(zhuǎn)表面電荷狀態(tài)，促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移，因而會(huì)降低電荷轉(zhuǎn)移阻抗。Liao等［59］將適體固定在硅電極表面，用于檢測(cè)神經(jīng)炎細(xì)胞因子PDGF，建立了一種無(wú)試劑的阻抗生物傳感器，其檢出限達(dá)到40nmol/L。Kwon等［60］以抗血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)適體與羧基聚吡咯納米管構(gòu)建了場(chǎng)效應(yīng)晶體管用以測(cè)定VEGF，其檢出限為400fmol/L，可用于實(shí)時(shí)檢測(cè)VEGF。當(dāng)核酸適體與特定的蛋白質(zhì)結(jié)合時(shí)，有典型的構(gòu)型變換，而抗體則沒(méi)有這樣的性質(zhì)，利用這個(gè)性質(zhì)可以設(shè)計(jì)構(gòu)型變換型適體傳感器。通常，將適體信標(biāo)的一端修飾官能團(tuán)用于電極表面的固定化，另一端修飾電活性標(biāo)記物來(lái)產(chǎn)生電信號(hào)。電信號(hào)的大小是由活性標(biāo)記物與電極表面之間的距離決定的。Xiao等［61］將亞甲藍(lán)標(biāo)記的抗凝血酶適體固定在電極表面，制備了一種基于電化學(xué)開(kāi)關(guān)效應(yīng)測(cè)定凝血酶的生物傳感器(如圖3A所示)，但該種傳感器在靶分子與適體結(jié)合后信號(hào)減小。為了克服這個(gè)問(wèn)題，Radi等［62-63］設(shè)計(jì)了另一種開(kāi)關(guān)裝置用于凝血酶的測(cè)定(圖3B)。由于四鏈體的形成，二茂鐵與電極之間的距離大大減小而顯示出電化學(xué)信號(hào)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

由于適體的剛性較差，所以存在較大的背景信號(hào)，降低了信噪比和檢出限。Zuo等［64］將二茂鐵功能化的抗ATP適體固定在電極表面，在ATP存在下，互補(bǔ)序列解離而與ATP結(jié)合成三維的剛性結(jié)構(gòu)，進(jìn)而二茂鐵與電極表面發(fā)生電子傳遞，顯示出開(kāi)關(guān)的作用，ATP的檢測(cè)范圍較寬(10nmol/L～1mmol/L)并具有高的靈敏度(圖3C)。Fan等［65］將3'-端連有羧基二茂鐵的發(fā)卡式結(jié)構(gòu)DNA探針通過(guò)5'-巰基固定在金電極上，根據(jù)標(biāo)記物雜交前后與電極表面距離的變化進(jìn)行電化學(xué)檢測(cè)，對(duì)目標(biāo)DNA的檢出限達(dá)到1.0×10－11mol/L。他們將該方法應(yīng)用于PCR擴(kuò)增產(chǎn)物的研究，該方法具有PCR擴(kuò)增產(chǎn)物無(wú)需后續(xù)純化、快速檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。Chu等［66］提出了基于免疫-RCA的適體電化學(xué)傳感器用于PDGF-BB的超靈敏檢測(cè)。在電極表面形成抗體-PDGF-BB-適體-引物復(fù)合體這樣的三明治結(jié)構(gòu)后，引入一種與引物結(jié)合的“C”型掛鎖探針。該方法結(jié)合了滾環(huán)擴(kuò)增和酶催化兩步放大，實(shí)現(xiàn)了PDGF的超靈敏檢測(cè)，下限可達(dá)10fmol/L。Huang等［67］采用類(lèi)似原理將PDGF-BB采用抗體和適體-引物捕獲到電極表面，通過(guò)嵌入MB產(chǎn)生電化學(xué)響應(yīng)，其檢測(cè)限為18pg/mL。這種基于靶分子的結(jié)合而引起構(gòu)型變換的電化學(xué)傳感器，提供了一種無(wú)試劑、再生和靈敏的方法用于復(fù)雜樣品中目標(biāo)分析物的檢測(cè)。一些平面分子如亞甲藍(lán)、Ru(NH3)3+6、功能化二茂鐵等也可以插入雙鏈DNA中并經(jīng)DNA堿基對(duì)π堆積實(shí)現(xiàn)電子轉(zhuǎn)移而被氧化，進(jìn)而利用特異性序列與蛋白質(zhì)的作用進(jìn)行電化學(xué)檢測(cè)。Jin等［68］利用5'-SH的發(fā)卡式結(jié)構(gòu)探針固定于金電極表面，用亞甲基蘭為雜交指示劑檢測(cè)P53基因，并對(duì)不同位置的單堿基錯(cuò)配序列進(jìn)行了研究。該方法無(wú)需對(duì)發(fā)卡式DNA探針進(jìn)行標(biāo)記，實(shí)驗(yàn)證明發(fā)卡式DNA探針有很高的雜交特異性，可以識(shí)別單堿基錯(cuò)配序列，并且錯(cuò)配堿基位于環(huán)中央時(shí)對(duì)雜交效率影響最大。

Zhang等［69］在金電極陣列上分別自組裝巰基發(fā)卡式DNA探針，采用亞甲藍(lán)為雜交指示劑，方波伏安法檢測(cè)了人體免疫缺陷蛋白HIV-1和HIV-2，對(duì)二者的檢出限均達(dá)到了0.1nmol/L。Mir等［70］對(duì)凝血酶的不同適體生物傳感器的制備方式對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響進(jìn)行了詳細(xì)的比較研究。適體在與靶標(biāo)分子特異性結(jié)合后，其三級(jí)結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變，隨之發(fā)生變化的有適體的電荷密度、吸附性質(zhì)和空間位阻等一系列因素。采用納米材料不僅可以將上述這些變化因素轉(zhuǎn)化為可檢測(cè)的光學(xué)、電化學(xué)信號(hào)，而且還可以提高分析檢測(cè)的靈敏度。Numunuam等［71］首次以CdS量子點(diǎn)標(biāo)記二級(jí)適體，建立了夾心型電位法測(cè)定蛋白質(zhì)的電位傳感器，凝血酶的檢出限為0.14nmol/L。Hansen等［72］利用CdS量子點(diǎn)修飾適體建立了7種不同蛋白質(zhì)的同時(shí)電化學(xué)檢測(cè)，其檢出限為0.5pmol/L，而且具有良好的選擇性。該方法為超痕量的生物標(biāo)記物的檢測(cè)及腫瘤的早期診斷提供了可能。Polsky等［73］利用Pt納米粒子功能化的適配體進(jìn)行了凝血酶的電化學(xué)檢測(cè)。由于納米粒子對(duì)過(guò)氧化氫的催化還原，放大了電信號(hào)而使凝血酶的檢測(cè)限降低到納摩爾的水平。He等［74］將含有聚腺嘌呤序列的抗凝血酶適配體對(duì)納米金予以功能化，然后基于凝血酶與抗體的特異性作用固定在電極表面，然后腺嘌呤核糖酶降解釋放而直接在熱解石墨電極上檢測(cè)。由于納米粒子可以載帶較多的適配體，所以檢測(cè)靈敏度可以降低至0.1μg/L。Li等［75］在金電極上預(yù)先修飾2種分別含有腺苷酸和凝血酶的適體，捕獲探針預(yù)先用納米金及硫化物納米粒子固定的DNA鏈雜交，構(gòu)成了一種夾心型的傳感器用于腺苷酸和凝血酶的陽(yáng)極溶出伏安測(cè)定，其檢出限分別為6.6×10－12和1.0×10－12mol/L。Velasco-Garcia等［76］和Hianik等［77］對(duì)適體電化學(xué)生物傳感器的研究進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)述，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望?？偟膩?lái)說(shuō)，雖然報(bào)道的多種構(gòu)建電化學(xué)適體傳感器的方法獲得了較為滿(mǎn)意的分析性能，但對(duì)電化學(xué)適體傳感器的分析性能和各項(xiàng)參數(shù)的研究和評(píng)價(jià)還不充分，在實(shí)際體系中的應(yīng)用也還需要拓展。

2．2光學(xué)適體傳感器

隨著能與蛋白質(zhì)等生物大分子特異結(jié)合的適體的篩選和發(fā)現(xiàn)，基于納米材料的比色技術(shù)日漸成為生物大分子識(shí)別和檢測(cè)的有力工具。由于適體-納米粒子的比色檢測(cè)靈敏度高、操作簡(jiǎn)單，因而對(duì)蛋白質(zhì)分析和癌癥的診斷具有重要意義。圖4為比色法測(cè)定蛋白質(zhì)的基本原理。Mao等［78］利用分子信標(biāo)的特異性識(shí)別特性和金納米粒子的光學(xué)特性，建立了快速、靈敏而價(jià)廉的檢測(cè)DNA的方法。Liu等［79］報(bào)道了一種納米粒子-適體的生物傳感器可直接用于血液中癌細(xì)胞拉莫斯細(xì)胞的比色法檢測(cè)，為循環(huán)系統(tǒng)的癌細(xì)胞提供了一種快捷靈敏的檢測(cè)方法，對(duì)癌癥的診斷和治療具有較大的作用。Lee等［80］利用SPR適體生物傳感器檢測(cè)視黃醇結(jié)合蛋白4(RBP4)用于二型糖尿病的診斷。該種方法避免了傳統(tǒng)免疫學(xué)檢測(cè)的測(cè)定干擾，可直接用于血液中RBP4的檢測(cè)。Huang等［81］采用適體-納米金實(shí)現(xiàn)了對(duì)乳腺癌標(biāo)志物PDGF-AA、PDGF-AB、PDGF-BB的檢測(cè)，其檢出限均能達(dá)到納摩爾水平。Medley等［82］以適體修飾的金納米粒子實(shí)現(xiàn)了急性淋巴細(xì)胞白血病CCRF-CEM細(xì)胞的檢測(cè)，并使用伯基特淋巴瘤Ramos細(xì)胞做對(duì)比檢測(cè)，探針對(duì)靶標(biāo)細(xì)胞有特異識(shí)別，其檢出限為90個(gè)癌細(xì)胞。該納米比色探針的選擇性和靈敏度令人滿(mǎn)意。與傳統(tǒng)方法相比，比色法用于蛋白質(zhì)分子檢測(cè)有明顯優(yōu)勢(shì)，如所需藥品及材料均較廉價(jià)，避免了生物分析中的復(fù)雜修飾和分離，不僅保證了適體與靶分子的高度親和性，還極大地簡(jiǎn)化了分析檢測(cè)步驟，能很好的滿(mǎn)足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的需求。相信這種方法將以其高靈敏、低成本和較簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)在生物分析和醫(yī)學(xué)檢測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。與比色法相比，熒光法由于靈敏度高、特征參數(shù)多、動(dòng)態(tài)范圍寬和適體與納米粒子作用方式靈活多樣等優(yōu)點(diǎn)，而更具發(fā)展?jié)摿?。最常?jiàn)的光學(xué)分子信標(biāo)就是發(fā)卡式分子信標(biāo)，即適體序列的兩端分別標(biāo)記一個(gè)熒光團(tuán)和淬滅團(tuán)，當(dāng)靶分子與特異序列結(jié)合后，原本相近的熒光團(tuán)和淬滅團(tuán)分開(kāi)，進(jìn)而顯示出熒光信號(hào)。

另一種是在一個(gè)已知DNA序列上分別配合帶有熒光團(tuán)和淬滅團(tuán)的DNA序列，當(dāng)靶分子與適體進(jìn)行特異結(jié)合后，淬滅團(tuán)序列離開(kāi)，而顯示出熒光，并用于檢測(cè)靶分子［83］。Huang等［84］將與DNA具有親和性的DMDAP加入到PDGF適體修飾的納米金溶膠中發(fā)生熒光淬滅，靶分子PDGF的加入使DMDAP釋放到溶液中，進(jìn)而熒光恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PDGF的熒光檢測(cè)，其檢出限可達(dá)8pmol/L。量子點(diǎn)與適體的結(jié)合則大大提高了其在細(xì)胞研究中的功能，為癌細(xì)胞的影像診斷技術(shù)及細(xì)胞內(nèi)的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)提供了可能。Bagalkot等［85］發(fā)展了由阿霉素、適體和CdSe/ZnS量子點(diǎn)組成的雙熒光共振能量轉(zhuǎn)移體系，并將其成功應(yīng)用于體外前列腺癌細(xì)胞的影像、治療和藥物運(yùn)輸。由于熒光檢測(cè)法固有的高度靈敏性和多種納米材料技術(shù)的使用，熒光生物傳感在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究將有更大的發(fā)展和應(yīng)用空間。Zhang等［86］將釕聯(lián)吡啶衍生物作為標(biāo)記物，連接到發(fā)卡式DNA上制成電化學(xué)發(fā)光探針，將其自組裝到金電極上構(gòu)成新型電化學(xué)發(fā)光傳感器，根據(jù)雜交前后電化學(xué)發(fā)光信號(hào)強(qiáng)度的不同進(jìn)行目標(biāo)序列的檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該發(fā)卡式DNA電化學(xué)發(fā)光傳感器有較高的雜交特異性，能夠識(shí)別單堿基和多堿基錯(cuò)配序列，檢出限為9×10－11mol/L。該傳感器具有較高的檢測(cè)靈敏度，且無(wú)需對(duì)目標(biāo)分子進(jìn)行標(biāo)記，有望應(yīng)用于疾病檢測(cè)等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。Huang等［87］將含有15個(gè)堿基的巰基適體固定在金電極表面，用以結(jié)合凝血酶;另以29個(gè)堿基的生物素修飾的適體與凝血酶雜交形成夾心型結(jié)構(gòu)。用親和素修飾的量子點(diǎn)對(duì)生物素-親和素的作用進(jìn)行檢測(cè)，制備了一種新穎的化學(xué)發(fā)光適體傳感器。該傳感器對(duì)凝血酶的檢測(cè)線性范圍為0～20mUg/mL。Pollet等［88］首次將光纖SPR傳感器與DNA適體相結(jié)合制備了一種可重復(fù)使用、經(jīng)濟(jì)而非標(biāo)記的適體傳感器用于研究DNA雜交及DNA-蛋白質(zhì)之間的相互作用。該傳感器不僅可對(duì)DNA和蛋白質(zhì)進(jìn)行定量，而且還可以用于研究它們結(jié)合的動(dòng)力學(xué)常數(shù)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

2．3質(zhì)量型適體傳感器

質(zhì)量型適體生物傳感器是非標(biāo)記的生物測(cè)定技術(shù)，包括微波傳感器、石英晶體微天平、表面聲波裝置和微機(jī)械懸梁式傳感器。微重石英晶體微天平常用于檢測(cè)靶分子與適體之間的相互作用。Tombelli等［89］和Hianik等［90］將生物素化的適體固定在金/石英晶體表面用于測(cè)定凝血酶和HIV-1Tat蛋白，其檢出限分別為1nmol/L和0.25μg/L。機(jī)械懸梁式生物傳感器具有較高的分辨率和穩(wěn)定性。Savran等［91］將2個(gè)相臨近的懸梁臂上分別功能化相應(yīng)的適體，一個(gè)用ssDNA阻塞，一個(gè)用以測(cè)定TaqDNA聚合酶。結(jié)果表明，聚合酶與適體的結(jié)合產(chǎn)生了3～23nm的懸臂彎曲，且彎曲的程度與聚合酶的濃度直接相關(guān)。Hwang等［92］用納米機(jī)械懸梁式傳感器研究了RNA適體與hepatitisCvirus解螺旋酶的相互作用，對(duì)HCV解螺旋酶的檢出限達(dá)到100pg/mL。Yang等［93］將含有20個(gè)堿基的ssDNA通過(guò)巰基固定在金表面制備了懸梁式DNA傳感器，用于研究DNA的雜交。結(jié)果表明，該傳感器能區(qū)分靶分子并為高通量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)DNA提供了可能。Yao等［94］以QCM適體傳感器測(cè)定人血漿中的IgE，其線性范圍為2.5～200mUg/L。該傳感器具有較高的特異性、低檢出限、樣品量少的優(yōu)點(diǎn)，適于特異性蛋白質(zhì)的檢測(cè)。質(zhì)量型適體生物傳感器與傳統(tǒng)檢測(cè)方法相比，不需要任何標(biāo)記，儀器簡(jiǎn)單、操作方便、響應(yīng)靈敏、選擇性好和便于自動(dòng)化，將在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的檢測(cè)上發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。