光电化学传感器的研究进展

摘要：光电化学随着科技的进步也有很大发展，主要体现在电化学与光电转换等方面。现阶段在我国很多化学及生物领域中，都需要对光电化学有所研究。并且目前为止，在很多光电化学分析中都应用了有关于光电化学的研究成果。光电化学传感器在未来的发展的中不仅有着良好的发展前景，也会为我国光电化学领域的发展。

关键词：光电化学；传感器；研究进展

1光电化学传感器的概述

光电化学领域随着科技的发展产生了更多的分析方式，上世纪六十年代光电化学分析过程一直处于发展阶段，直到二十一世纪出现了光电化学分析法，并且在不断实践中继续发展。光电化学分析法主要是利用光照射的方式通过对光电化学以及传感器材料等进行分析与检测，并且在分析与检测的过程中也需要电荷转移技术。光电化学分析的化学原理主要与光电化学过程有关，在电子传递与能量转换的基础上，通过对传感器的反映进行分析，从而观察光电流的变化。在光电化学传感器中观察光电响应变化与分析物的关系，并通过分析结果研究其它领域的光电化学传感器。通常可以将光电化学传感器分成电流型与电位型，现阶段在光电化学领域中电流型光电化学传感器被更多人关注，主要是因为电流型传感器可以将分析物与传感器材料之间产生的电流变化进行分析与检测，除此之外也可以通过分析物自身光电流进行分析。然而电位型传感器主要是用来对进行光寻指分析，在光电化学领域中应用范围较小。光电化学传感器的优点是将传统的电化学与光电学相结合，并且与之前相比功能更多。

2光电化学传感器在分析检测中的应用

2.1电位型光电化学传感器的应用

LAPS具有封装要求低、制备工艺简单等优点，在稳定性、重现性、灵敏度、响应速度等方面均有优良的性能。Ha等将硼掺杂到硅衬底上形成一层较厚的氧化物，然后在相应的敏感区域制备可响应各种阳离子（Pb2+、Cb2+、Zn2+）的聚氯乙烯膜阵列，用于同时测定重金属离子。该阵列型LAPS具有较高的重现性和良好的选择性。Fang等提出了基于氧化石墨烯（GO）的LAPS（GO-LAPS）。结合不同链长度（分别为30、21和14碱基对）的ssDNA后，可将GO-LAPS应用于单链DNA（ssDNA）检测。实验证明，目标ssDNA检测浓度范围为1.0×10-12～1.0×10-8mol/L。Gu等设计出一种基于小鼠的抗人上皮細胞粘附因子固定在有羧基修饰的石墨烯氧化物表面（GO-COOH）的LAPS，并应用于前列腺癌中循环肿瘤细胞（CTC）的无标记检测。结果证实，LAPS的电压随着磷酸盐缓冲液（PBS）和血液中CTCs浓度的增加而降低，在1mL血液中可以检测到10个以下的CTCs，表明所制备的传感器灵敏度高。

2.2电流型光电化学传感器在金属离子检测中的应用

电流型光电化学传感器是根据被测物质与处于激发态的光电材料之间发生电子传递而引起光电流变化或者根据被测物质本身的光电流变化的原理而研发的一类分析检测装置。因此，可以根据光电流的变化达到检测金属离子的目的。目前电流型光电化学传感器可以检测的金属离子主要有Cr3+、Cd2+、Hg2+、Cu2+等。本课题组制备了一种基于光电流检测的分子印迹传感器用于测定Ni2+。该传感器将CdTe量子点修饰到导电玻璃表面（CdTe量子点/ITO）作为光电材料，然后在CdTe量子点/ITO表面以光聚合法修饰镍-1-（2-吡啶偶氮）-2-萘酚（PAN）分子印迹膜。以365nm紫外光作为激发光源，量子点在光照下生成电子-空穴对，以电子与电子受体-抗坏血酸作用形成的光电流作为检测信号，根据“门效应”对Ni2+检测。

2.3电流型光电化学传感器在小分子有机物检测中的应用

光电流法作为一种高效的检测手段已成为研究热门，众多研究人员设计了不同的电流型光电化学传感器来检测环境中的各种有机污染物甚至对人体有害的微量有机物质。虽然有些有机物含量很低，但因为结构、种类复杂，所以对环境和人体的影响较大。光电流法检测这些物质发挥了光电化学传感器的高灵敏性、低检出限等优点。Dai等构建了一种基于交织的钛酸盐纳米管和碳纳米角共轭作为复合光电材料用于测定叶酸的电流型光电化学传感器。具有网状结构的钛酸盐纳米管因具有良好的光催化活性并可快速促进长距离电子传输，因而用于作为光电子元件。分层结构的碳纳米角因具有突出的导电性和大的表面可用于作为电子传输介质的主体，将从激发的钛酸盐纳米管捕获的电子传输到传感基质，以此增强传感器的光电流响应。在最佳实验条件下，线性范围为1.0×10-10～5.0×10-5mol/L，检出限为（2.5±0.005）×10-11mol/L。该传感器的设计为其他同类待测物质的评估检测提供了有益的参考。

2.4电流型光电化学传感器在生物检测中的应用

核酸、蛋白质是构成生物体的重要物质。疾病会导致人体某种蛋白质含量的变化，因此检测人体中某些蛋白质的含量可以预测疾病的严重程度。而核酸的检测除了在处理犯罪证据方面提供理论依据，还对人类基因研究方面有着重要的意义。目前检测核酸、蛋白质的各种电流型光电化学传感器已有较多报道。Wang等在ITO电极上修饰PbS量子点作为光电敏感层，捕获DNA嫁接在量子点上，接有G-四链体的铂纳米粒子和捕获DNA与目标DNA结合后，在光照作用下，G-四链体催化H2O2产生电子促进光电流的产生，以此达到检测目标DNA的目的。

3结论

光电化学传感器的发展历史较短，但因其具有低背景值使得检出限非常低，因此光电化学传感器的灵敏度通常优于其他微量分析方法，如溶出伏安法、石墨炉原子吸收光谱法等。加上光电化学传感器仪器简单、操作简便，因而，较多地应用于水质分析、生物体中微量元素检测，以及食品添加剂和医疗辅助分析测定等领域。然而，光电化学传感器的研究和应用尚处于初步阶段，一是发光材料的种类较少，二是其制备技术不成熟，大规模生产受到限制。此外，现有的光电材料光电转换效率有待进一步提高。因此，新型光电材料的研究开发与应用可能成为本领域未来的热点之一，同时也将大大拓展光电化学传感器分析应用的范围。

参考文献：

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[4]李雪.基于g-C_3N_4的光电化学传感器对蛋白激酶A活性的检测研究[D].山东农业大学，2017.

作者简介：刘丹宁（1997.07.29-）、女、汉、学生、河南新乡、研究方向：理论物理、身份证号：410711199707290529.