电化学传感器

背景：最早的电化学传感器可以追溯到20世纪50年代，当时用于氧气监测。到了20世纪80年代中期，小型电化学传感器开始用于检测PEL范围内的多种不同有毒气体，并显示出了良好的敏感性与选择性。目前，为保护人身安全起见，各种电化学传感器广泛应用于许多静态与移动应用场合。

电化学传感器的工作原理:

电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极（或工作电极）和反电极组成，并由一个薄电解层隔开。

气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，然后是疏水屏障层，最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应，以形成充分的电信号，同时防止电解质漏出传感器。

穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应，传感电极可以采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。

通过电极间连接的电阻器，与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。由于该过程中会产生电流，电化学传感器又常被称为电流气体传感器或微型燃料电池。

在实际中，由于电极表面连续发生电化发应，传感电极电势并不能保持恒定，在经过一段较长时间后，它会导致传感器性能退化。为改善传感器性能，人们引入了参考电极。

参考电极安装在电解质中，与传感电极邻近。固定的稳定恒电势作用于传感电极。参考电极可以保持传感电极上的这种固定电压值。参考电极间没有电流流动。气体分子与传感电极发生反应，同时测量反电极，测量结果通常与气体浓度直接相关。施加于传感电极的电压值可以使传感器针对目标气体。

分类：

电化学传感器可分为以下几个类型

①吸附型：通过吸附方式将修饰物质结合在电极表面得到的修饰电极为吸附型化学修饰电极。可以制备单分子层和多分子层。根据吸附作用力的不同，又可分为平衡吸附型、静电吸附型、LB膜型、SA膜型、涂层型。

②共价键合型：在电极的表面通过键合反应把预定功能团接在电极表面而得到的化学修饰电极为共价型化学修饰电极。常用基体电极有碳电极、玻碳电极、金属和金属氧化物电极。

③聚合物型：利用聚合反应在电极表面形成修饰膜的电极。制备方式有氧化还原沉积、有机硅烷缩合、等离子聚合、电化学聚合等。

④其他类型：无机物修饰电极，如普鲁士蓝修饰电极、粘土修饰电极、沸石修饰电极、金属及金属氧化物修饰电极。

电化学DNA传感器电化学DNA传感器是生物分析一个非常重要的领域，也是一种应用较为广泛的检测手段。

电化学DNA传感器工作原理电化学DNA传感器利用单链DNA (ssDNA-作为敏感元件通过共价键合或化学吸附固定在固体电极表面.加上识别杂交信息的电活性指示剂(称为杂交指示剂-共同构成的检测特定基因的装置/如图)所示

其工作原理是利用固定在电极表面的某一特定序列的ssDNA与溶液中的互补序列DNA的特异识别作用(分子杂交-形成双链DNA (dsDNA-.同时借助一能识别ssDNA和dsDNA的杂交指示剂的电化学响应信号的改变来达到检测基因是否存在.达到定性的目的/同时.当互补序列DNA的浓度发生改变时.指示剂嵌入后的响应信号也会发生响应变化/一定范围内指示剂的响应信号与待测DNA物质的量浓度成线性关系.从而得以检测基因含量，达到定量的目的[5]。

电化学DNA 传感器在药物检验中的应用

DNA传感器在药物分析中的应用也越来越受到关注。brett等利用DNA修饰电极建立了对抗癌药卡铂的测定方法,工作电极选择了玻碳电极.用吸附法使DNA修饰在电极表面。测定血样品中卡铂检出为5.7mol/L。用该方法还可以测定其它铂类抗癌药。曹[13]等人针对传统DNA测定方法中存在的严重问题,提出了新型测定DNA的技术-电化学DNA传感器测定法。

电化学DNA传感器的研究工作虽然还处于起步阶段.但它开辟了电化学与分子生物学的新领域.为生命科学的研究提供了一种全新的方法。对临床医学和遗传工程的研究具有深远的意义和应用价值。

电化学生物传感器的前景与展望

随着电生物传感器应用范围的扩大，人们对其提出了更高的要求。今后，电化学生物传感器的研究工作将会围绕着以下几个方面继续发展：

(1)采用纳米材料用于传感器的构建由于纳米材料具有一些独特的性质如比表面积大、表面反应活性高、生物相容性好、表面吸附能力强、电化学性质良好等优点，可广泛用于生物分子的固定。

(2)体积小型化随着纳米技术、微电子技术的交叉发展，生物传感器将不断微型化，使人们在家中自己进行疾病诊断，在市场上直接检测食品成为可能。

(3)人工智能化、微型化、集成化在生命科学研究和医学临床检测中，需要对大量的各种各样的生物大分子进行选择性测定，既费时，又耗费医药试剂。因此，构建一个选择性高、灵敏、简单、快速、使用时间长的分析方法和廉价的小型化分析装置，是一个重要的研究课题。但效率和寿命是决定生物传感器使用的主要问题，因此在生物传感器的制备过程中必须作为首要问题去解决。