薄膜荧光传感器研究进展
我国电化学生物传感器的研究进展.
第12卷第6期重庆科技学院学报(自然科学版2010年12月 收稿日期:2010-07-20 基金项目:重庆市教委科学技术研究资助项目(KJ101315 作者简介:刘艳(1968-,女,四川乐山人,副教授,研究方向为电化学传感器。 在生命科学研究和医学临床检验中,需对各种各样的生物大分子进行选择性测定。据统计,全世界每年要进行数亿次免疫学和遗传学病理检验。常用的检验小型化分析装置和检测方法,成为目前现代分析化学研究领域的前沿课题。 1962年,Clark 提出将生物和传感器联用的设 想,并制得一种新型分析装置“酶电极”。这为生命科学打开一扇新的大门,酶电极也成为发展最早的一类生物传感器。生物传感器结合具有分子识别作用的生物体成分(酶、微生物、动植物组织切片、抗原和抗体、核酸或生物体本身(细胞、细胞器、组织作为敏感元件与理化换能器,能产生间断的或连续的信号,信号强度与被分析物浓度成比例。 电化学生物传感器是将生物活性材料(敏感元件与电化学换能器(即电化学电极结合起来组成的生物传感器。当前,电化学生物传感器技术已在环境监测、临床检验、食品和药物分析、生化分析[2-4]等研究中有着广泛的应用。本文在此综述电化学生物传感器的工作原理、分类及几个当今研究的热点。 1 电化学生物传感器概述 1.1 电化学生物传感器的原理 电化学生物传感器是将生物活性材料(敏感元
件与电化学换能器(即电化学电极结合起来组成的生物传感器。当电化学池中溶液的化学成分变化时,电极上流过的电流或电极表面与溶液的电势差会随之发生变化,这样通过测定电流或电势的 变化就可以获取溶液成分或相应的化学反应的变化信息。 电化学生物传感器是在上述电化学传感器原理的基础上,以具有生物活性的物质作为识别元件,通过特定反应使被测成分消耗或产生相应化学计量数的电活性物质,从而将被测成分的浓度或活度变化转换成与其相关的电活性物质的浓度变化,并通过电极获取电流或电位信息,最后实现特定物质的检测。如图1所示,这类传感器中使用的生物活性材料包括酶、微生物、细胞、组织、抗体、抗原等等。 图1电化学生物传感器的工作原理 1.2电化学生物传感器的类别 生物传感器主要包括生物敏感膜和换能器两部 分。按照敏感元件所用生物材料的不同,电化学生物传感器分为酶电极传感器、微生物电极传感器、电化学免疫传感器、组织电极与细胞器电极传感器、电化学DNA 传感器等,其中酶电极由于其高效、专一、反应条件温和且具有化学放大作用而成为电化学生物传感器的研究主流。 按照检测信号的不同,电化学生物传感器可分 我国电化学生物传感器的研究进展 刘 艳 (长江师范学院,重庆408100 摘
量子点光学传感器的研究进展.
量子点光学传感器的研究进展 * 来守军 (重庆三峡学院化学与环境工程学院,重庆404000 摘要分别从荧光转换传感器、荧光共振能量传感器、磷光转换传感器和定位传感器等方面综述了量子点光学传感器的发生机理及其在测定金属离子、阴离子、小分子、共振能量转移体系以及磷光材料、固态材料方面的应用。最后介绍了量子点光学传感器存在的问题和发展趋势。 关键词量子点光学传感器 Research Development of Opt ical Sensor Based on Q uant um Dots LAI Shoujun (Depa rtment of Chem istry and Env ir onmental Eng ineering,Cho ng qing T hr ee G or ge U niver sity,Cho ng qing 404000Abstract T he r esear ch dev elopment o f the o pt ical sensor based o n quantum do ts is rev iewed f rom four sect ions,which are fluo rescence -based transduction,fluorescence resonance energ y -tr ansfer -based senso rs,phospho rescence transduction,and immobilizatio n techniques,and it s applications are also rev iewed.T he exist ing pro blems and develo p -ments trend of the optical senso r based o n quantum do ts are intro duced. Key words quantum do ts,optical,senso r *重庆市教育委员会科学技术研究项目资助(KJ081102 来守军:男,1977年生,讲师,博士研究生,主要从事量子点传感器方面的研究 T el:023-******** E -mail:laishj04@https://www.360docs.net/doc/931631028.html,
化学传感器的研究背景及发展趋势
引言 化学传感器（Chemical sensor）是由化学敏感层和物理转换器结合而成的，是能提供化学组成的直接信息的传感器件。它用来某种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测来进行化学测量。化学传感器在生产流程分析、环境污染监测、矿产资源的探测、气象观测和遥测、工业自动化、医学上远距离诊断和实时监测、农业上生鲜保存和鱼群探测、防盗、安全报警和节能等多个方面有重要应用。 对化学传感器的研究是近年来由化学、生物学、电学、热学微电子技术、薄膜技术等多学科互相渗透和结合而形成的一门新兴学科。化学传感器的历史并不长，但世界各国对这门新学科的开发研究，投以大量的人力、物力和财力。研究人员俱增，正在向产业化方面开展有效的工作。化学传感器是当今传感器领域中最活跃最有成效的领域。 化学传感器的重要意义在于可把化学组分及其含量直接转化为模拟量(电信号)，通常具有体积小、灵敏度高、测量范围宽、价格低廉，易于实现自动化测量和在线或原位连续检测等特点。国内外科研人员很早就致力于研究化学传感器的检测方法和控制方法,研制各式各样的化学传感器分析仪器,并广泛应用于环境监测、生产过程中的监控及气体成分分析、气体泄漏报警等。 第一章化学传感器的研究背景 1.1 化学传感器的产生与发展阶段 1906年Cremer首次发现了玻璃膜电极的氢离子选择性应答现象。随着研究的不断深入，1930年，使用玻璃薄膜的pH值传感器进人了实用化阶段。以后直至1960年，化学传感器的研究进展十分缓慢。1961年，Pungor发现了卤化银薄膜的离子选择性应答现象，1962年，日本学者清山发现了氧化锌对可燃性气体的选择性应答现象，这一切都为气体传感器的应用研究开辟了道路。 真正意义上的化学传感器的发展可分为两个阶段，在60年代和70年代,化学
光化学传感器及其最新进展
文章编号:100525630(2004)0420057205 光化学传感器及其最新进展 Ξ 徐艳平,顾铮先,陈家璧 (上海理工大学光电功能薄膜实验室,上海200093) 摘要:从传感器材料、检测方法及传感器结构几方面,围绕光化学传感器的灵敏度、选 择性和稳定性展开讨论,总结了光化学传感器近年来的最新进展,并对其今后的发展方向 做出展望。 关键词:光化学传感器;光纤传感器;表面等离子体激元共振 中图分类号:T P 212.14 文献标识码:A Recen t develop m en ts of optica l che m ica l sen sors X U Y an 2p ing ,GU ZH eng 2x ian ,CH EN J ia 2bi (L abo rato ry of Pho to 2electric Functi onal F il m s ,U niversity of Shanghai fo r Science and Techno logy ,Shanghai 200093,China ) Abstract :T he state 2of 2the 2art of op tical chem ical sen so rs is stated in th is p ap er abou t sen so r m aterials ,detecti on m ethods and sen so r structu res .T he p rop erties of op tical chem ical sen so rs such as sen sitivity ,selectivity and stab ility are discu ssed .Fu tu re p ro sp ects of op tical chem ical sen so rs are discu ssed . Key words :op tical chem ical sen so rs ;fiber op tic sen so rs ;su rface p las m on resonance 1 引 言 光化学传感器是利用敏感层与被测物质相互作用前后物理、化学性质的改变而引起的传播光诸特性的变化检测物质的一类传感器[1]。光化学传感器与其它原理的传感器相比,具有安全性好、可远距离检测、分辨力高、工作温度低、耗用功率低、可连续实时监控、易转换成电信号等优点。随着光纤技术及光集成技术的迅猛发展,光化学传感器引起了人们的极大关注,并且已经广泛地应用于工业、环境、生物医学的检测中[2]。 现首先总结了无机材料(氧化物半导体)和有机材料的应用,并介绍了溶胶凝胶工艺制备光化学传感器敏感材料方面的最新进展以及生物敏感材料。其次介绍了光谱法、干涉法、表面等离子体激元共振(su rface p las m on resonance ,SPR )等传感器检测方法的最新进展。最后对今后光化学传感器的发展做出展望。 2 传感器材料 敏感材料作为光化学传感器的重要组成部分,将直接影响传感器的各种性能,如稳定性、选择性、灵敏度和响应时间。现在研究最多的是氧化物半导体、有机半导体材料、生物识别材料等。现将从无机材料、有 第26卷 第4期 2004年8月 光 学 仪 器O PT I CAL I N STRUM EN T S V o l .26,N o.4 A ugu st,2004 Ξ收稿日期:2003209211 基金项目:上海市曙光计划资助项目(02SG 01),上海市科技发展基金资助项目(01F 032) 作者简介:徐艳平(19772),男,山东烟台人,在读博士生,主要从事光电功能薄膜及其传感器、光电精密测量与工程方面的研究。
电流型电化学传感器的研究进展
电流型电化学传感器的研究进展 作为一种新科技革命和信息社会的重要技术基础，传感技术已成为人们现代生活的重要组成部分。近年来，电化学传感器的研究受到人们的广泛关注。电极系统组成、电极类型、电解液等重要组成部分的选择对于电流型传感器的性能影响尤为关键。文章详细总结了电流型电化学气体传感器的发展状况，阐述了电极系统、电解液类型对传感器性能的影响，并讨论了电流型传感器的未来发展和应用前景。 标签：传感器；电极；电解液 1 概述 传感器是一种能感应信息并将其转换为可测量信号的器件[1]。作为一种新技术革命和信息社会的重要基础技术，传感器的发展特别迅速，已成为人们现代生活的重要组成部分[2]。 按照感性信号不同，传感器可分为物理传感器和化学传感器，化学传感器可以详细划分为电化学式传感器、光学式传感器、热学式传感器和质量式传感器等。其中电化学传感器由于其敏感度高、能耗低、信号稳定等特点，被广泛使用[3，4]。 电化学传感器是目前发展最为成熟和应用最广的一类传感器[5]，按照其输出信号的不同可以分为电位型电化学传感器、电流型电化学传感器和电导型电化学传感器[6]。其中电位型傳感器是基于电极电势与被测组分浓度之间的关系，通过电极电势的变化来感知浓度的变化。电导型传感器是基于被测物质氧化或还原后电解质溶液电导变化实现检测的。本文主要介绍电流型传感器及其性能影响因素。 2 电流型传感器 电流型传感器是在电位恒定的条件下，使被测物发生定电势电解，基于扩散控制条件下极限电流与浓度的线性关系，从而检测被测物质组分的实时变化的一类传感器[7]。通常也被称为控制电位电解型气体传感器，这种传感器包括供气体进入的气室或薄膜、电极、离子导电性的电解质溶液几部分。电流型传感器是当前业内应用最为广泛的传感器。电流型传感器的工作过程一般包括被测气体进入传感器气室；待测物质通过反应气室到达透气膜附近，并向电极-电解液界面扩散；电活性物质在电解液中溶解；电活性物质在电极表面吸附；扩散控制下的电化学反应；产物脱附；产物离开电极表面的扩散；产物的排除等过程。 3 性能影响因素 影响传感器性能的最主要因素包括电极因素和电解液因素两部分，电极因素
2荧光探针设计原理Word版
荧光化学传感器是建立在光谱化学和化学波导与量测技术基础上的将分析对象的化学信息以荧光信号表达的传感装置。其主要组成部件有三个(图1．1)：1．识别结合基团(R)，能选择性地与被分析物结合，并使传感器所处的化学环境发生改变。这种结合可以通过配位键，氢键等作用实现。2．信号报告基团(发色团, F)，把识别基团与被分析物结合引起的化学环境变化转变为容易观察到的输出信号。信号报告基团起到了信息传输的作用，它把分子水平上发生的化学信息转换成能够为人感知(颜色变化)或仪器检测的信号(荧光等)。3．连接基团(S)，将信号报告基团和识别结合基团连接起来，根据设计的不同连接基团可有多种选择，一般用做连接基团的是亚甲基等短链烷基。连接基团的合适与否将直接影响是否有输出信号的产生。信号表达可以是荧光的增强或减弱、光谱的移动、荧光寿命的变化等。 图1.1 荧光探针的结构 1.1.1 荧光探针的一般设计原理 (1) 结合型荧光探针[21]
+ Analyte Signalling subunit Space Binding subunit Output signal 图1.2 共价连接型荧光探针 结合型荧光探针是利用化学共价键将识别基团和荧光基团连接 起来的一类荧光探针，是比较常见的一类荧光探针。该类探针通过对比加入分析物前后荧光强度的变化、光谱位置的移动或荧光寿命的改变等实现对分析物的检测。在该类荧光化学传感器的设计中，必须充分考虑下列三个方面的因素。(a) 受体分子的荧光基团设计、合成：考虑到用于复杂环境体系的荧光检测，要求荧光基团要有强的荧光（高荧光量子产率，有利于提高检测的灵敏性），Stokes 位移要大（可有效消除常规荧光化合物如荧光素等具有的自猝灭现象），荧光发射最好要在长波长区（最好位于500 nm 以上，可避免复杂体系的常位于短波长区的背景荧光的干扰，另外由于长波长区发射的荧光能量的降低可减少荧光漂白现象的发生而延长传感器的使用寿命）。(b) 受体分子的识别基团：受体分子的识别基团设计以软硬酸碱理论、配位作用以及超分子作用力（如氢键、范德华力等）作为理论指导，多选择含氮、硫、磷杂环化合物作为识别分子。(c) 荧光超分子受体的组
(完整word版)荧光机理
1光致电子转移(PET) 递给荧光基团的键合基团(RecePtor)，负责光吸收并产生荧光发射信号的荧光基团(Fluorophorc)—其荧光发射强度反映键合基团的结合状态，以及连接键合集团和荧光基团的连接基团(Spacer)。键合基团和荧光基团通常为电子给体或者电子受体。 光致电子转移是指电子给体或电子受体受光激发后，激发态的电子给体与电子受体之间发生电子转移从而导致荧光的淬灭过程。例如，当荧光分子传感器的键合基团是电子给体，荧光基团是电子受体时，具体PET作过程如下:在光激发下，具有电子给予能力的键合基团能够将其处于最高能级的电子转入激发态下荧光基团空出的电子轨道，使被光激发的电子无法直接跃迁巨}到原基态轨道发射荧光，从而导致荧光的淬灭;当键合基团与底物结合后，降低了键合基团的给电子能力，抑制了PET过程，荧光基团中被光激发的电子可以直接跃迁回到原基态轨道，从而增强了的荧光基团的荧光发射。因此在未结合底物前，传感器分子表现为荧光淬灭，一旦键合基团与底物相结合，荧光基团就会发射荧光(见图) 由于与客底物结合前后的荧光强度差别很大，呈现明显的“关”、“开”状态，因此这类荧光化学传感器又被称为荧光分子开关。PET荧光分子传感器的作用机制可由前线轨道理论“来进一步说明(见图 1.5)。
2分子内电荷转移(ICT) ICT荧光化学传感器由推电子基团、吸电子基团通过p电子体系连接而成，在基态时表现为极化结构，一端为缺电子部分，另一端为富电子部分;而在光激发下，偶极矩增大，强化了这种极化特征，容易发 生ICT过程(如图)。 ICT荧光化学传感器的工作原理有两种(见图l.7a):当底物是缺电子基团(阳离子)时，一种是底物与吸电子基团结合，将增大分子内电荷转移程度，导致荧光光谱红移;一种是底物与推电子基团结合，则使原来向共扼体系转移的孤对电子用于与阳离子形成配位键，导致ICT 推一拉电子的特征下降，导致荧光光谱蓝移。当底物是富电子基团(阴离子)时，情况相反。一般情况下，ICT荧光化学传感器对荧光强度的影响不如PET荧光化学传感器显著。典型例子是同时含有吸电子
光化学传感器的设计_合成及识别性能研究
第28卷 第4期影像科学与光化学Vo l.28 N o.4 2010年7月Imag ing Science and Photochemistr y July,2010 研究生论文摘要 光化学传感器的设计、合成及识别性能研究 博士研究生 王 芳 导师 汪鹏飞 (学位授予单位 中国科学院理化技术研究所,北京100190) 光化学传感器被广泛地用于检测各种金属离子和阴离子.荧光化学传感器具有选择性好、灵敏度高、简便快速等优点,比色化学传感器则可不借助于任何昂贵的仪器设备而直接用肉眼识别.本论文分别以黄酮﹑香豆素作为发光基团,设计、合成了识别氟离子(F-)和生物巯基化合物(还原性谷胱甘肽和半胱氨酸)的光化学传感器,并研究了其光谱性质和识别机制,另外我们对基于多孔硅的光化学传感器方面进行了一些初步尝试,取得了一些有意义的结果. 1.设计合成了一种具有激发态分子内质子转移(ESIPT)性质的3 羟基黄酮衍生物L,它能够和Zr EDT A在水相中形成三元络合体系,氟离子的加入可以使体系荧光发生明显变化,其它常见阴离子没有明显干扰.由于氟离子与Zr EDT A的络合能力比黄酮衍生物与Zr EDTA的络合能力更强,所以加入的氟离子可以将黄酮衍生物从三元络合体系中置换出来,从而导致体系荧光发生变化.其它阴离子不能够和Zr EDT A发生络合,所以体系荧光不发生变化.另外,该识别过程可以用肉眼清楚观察到,所以同时是一种良好的比色化学传感器. 2.设计合成了一种基于香豆素结构的具有S S键的席夫碱衍生物(C).它在水相中具有较弱荧光,随着生物巯基化合物如半胱氨酸(Cy s)和还原型谷胱甘肽(GSH)的加入荧光逐渐增强,原因是巯基的加入使化合物C中的S S键发生断裂,形成强亲核性S-,然后合环形成一种具有强荧光的化合物Coumarin6.其它不含有巯基的常见氨基酸和氧化型谷胱甘肽的加入都不会使溶液的荧光增强. 3.通过电化学腐蚀的方法制备得到发橙色荧光的多孔硅,发现其在空气中放置时荧光强度会逐渐降低,直至消失.通过荧光光谱和透射电镜图片初步验证了量子限域效应发光机理.为了提高其光学性质的稳定性,对其进行热化学和光化学表面修饰,并且在其表面引入了可以和H g2+进行络合的识别基团,得到多孔硅光化学传感器S1和S2.H g2+的加入对S1和S2的荧光光谱有猝灭作用,原因是发生了从多孔硅表面到H g2+的电子转移. 2010年5月18日通过博士论文答辩 312
量子点发光材料综述
量子点发光材料综述 1.量子点简介 1.1量子点的概述 量子点(quantum dot, QD)是一种细化的纳米材料。纳米材料是指某一个维度上的尺寸小于100nm的材料，而量子点则是要求材料的尺寸在3个维度都要小于100nm[1]。更进一步的规定指出，量子点的半径必须要小于其对应体材料的激子波尔半径，其尺寸通常在1-10nm左右[2]。由于量子点半径小于对应体材料的激子波尔半径，量子点能表现出明显的量子点限域效应，此时载流子在三个方向上的运动受势垒约束，这种约束主要是由静电势、材料界面、半导体表面的作用或是三者的综合作用造成的。量子点中的电子和空穴被限域，使得连续的能带变成具有分子特性的分离能级结构[1]。这种分离结构使得量子点有了异于体材料的多种特性以及在多个领域里的特殊应用。 1.2量子点的特性 由于量子点中载流子运动受限，使得半导体的能带结构变成了具有分子原子特性的分离能级结构，表现出与对应体材料完全不同的光电特性。 1.2.1 量子尺寸效应 纳米粒子中的载流子运动由于受到空间的限制，能量发生量子化，连续能带变为分立的能级结构，带隙展宽，从而导致纳米颗粒的吸收和荧光光谱发生变化[3]。这种现象就是典型的量子尺寸效应。研究表明，随着量子点尺寸的缩小，其荧光将会发生蓝移，且尺寸越小效果越显著[4]。 1.2.2 表面效应 纳米颗粒的比表面积为A m=S V =4πR2 4 3 πR3 =3 R ，也就是说量子点比表面积随着颗 粒半径的减小而增大。量子点尺寸很小，拥有极大的比表面积，其性质很大程度上由其表面原子决定。当其表面拥有很大悬挂键或缺陷时，会对量子点的光学性质产生极大影响[5]。 1.2.3 量子隧道效应 量子隧道效应是基本的量子现象之一。简单来说，即当微观粒子(例如电子等)能量小于势垒高度时，该微观粒子仍然能越过势垒。当多个量子点形成有序阵列，载流子共同越过多个势垒时，在宏观上表现为导通状态。因此这种现象又
萘环荧光基团_杯芳烃的荧光传感器的研究进展
萘环荧光基团-杯芳烃的荧光传感器的研究进展 彭文毫,安小宁 (华南理工大学化学化工学院,广州510641) 摘 要:荧光型杯芳烃作为一类能发出荧光的物质被用作荧光探针,而杯芳烃带上荧光基团萘后,可利用其荧光发射光谱和荧光强度的不同,对有机分子和金属阳/阴离子等加以识别。荧光型杯芳烃的合成颇具价值。综述了国内外以荧光基团萘环的杯芳烃衍生物用作传感器的最新研究和应用进展。 关键词:杯芳烃;荧光基团;萘 R esearch Progress in the C alixarene Derivatives Bearing Fluorescent N aphthalene PEN G Wen2hao,A N Xiao2ni ng (College of Chemistry&Chemical Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510641,China) Abstract:Fluorescent calixarene was acting as fluorescent probe because of its fluorescence.Calixarene was synthesized by the acid2catalysed condensation reaction between resorcinol and alde2hyde.It synthesized the cal2 ixarene derivatives bearing fluorescent naphthalene or naphthalene derivatives,and was used to recognize the or2 ganic molecule,metal cation and anion by the differences of fluorescent emission spectrum and fluorescent inten2 sity.The latest research and application progress of the calixarene derivatives bearing fluorescent naphthalene as sensor were summarized. K ey w ords:calixarene;fluorescent;naphthalene 当杯芳烃上修饰上荧光基团如萘、蒽、芘、苯并噻唑基团后,可以利用其与客体分子形成包结物后荧光发射光谱及荧光强度的改变来识别客体分子。基于杯芳烃的荧光分子传感器的研究是目前超分子化学中的一个热门课题[1,2]。与其它分析方法相比,基于荧光传感器的分析方法显示出独特的优势,如灵敏度高、选择性好、响应时间短且可进行原位检测。大部分杯芳烃荧光试剂的设计都是以光诱导离子键合物理光学变化为基础[3],主要方式[3～6]有光诱导电子转移(PET)、光诱导电荷转移(PCT)、电子能量转移(EET)、激发物或激态配合物的形成与消失。基于以上特点,含有荧光基团的杯芳烃衍生物为基础的荧光试剂有着广阔的应用前景。本文简要评述近年来以萘作为荧光基团的杯芳烃衍生物的研究进展。 1 杯芳烃的研究概况 杯芳烃是一类由苯酚和甲醛缩合而成的大环化合物[7],由于具有与环糊精和冠醚相似的性质而被誉为第三代主体分子。比起环糊精、冠醚来说,杯芳烃几乎可以随心所欲地进行衍生化,表现出各种超分子性能。 它的历史可以追溯到1872年Basyer等对苯酚和甲醛水溶液加热反应的研究及1944年Iinke和Z iegler等人的工作。但直到20世纪70年代末,Gutsche等改变了反应条件,才使这类化合物的合成有了重大突破,有关研究才得以逐渐展 开[8,9]。 从结构上看,杯芳烃上缘的烷基基团和苯环一起构成富π电子的疏水性杯状空腔,能与中性有机分子形成包结配合物,下缘的亲水性酚羟基则能螯合和输送阳离子及离子型化合物。同时,杯芳烃具有高度的热稳定性和化学稳定性,熔点高,在绝大多数溶剂中溶解度低,毒性低,柔性好,且合成空腔大小可调,上缘苯环的对位和下缘的酚羟基以及连接苯酚单元的亚甲基均可进行各种选择性修饰,得到不同的衍生物。 国内外的化学家对杯芳烃在医药[10]、化学传感器[11,12]、分析分离与测定[13,14]、有机催化与合成[15]、材料学[16]、热力学[17]等领域的物理、化学性质及其应用进行了广泛深入的研究与开发,取得了许多令人瞩目的成果。 2 识别有机分子 2.1 识别有机中性分子 Linnane等[18]首次在四烷基化的杯[4]芳烃上沿引入两个2-胺-甲萘硼酸,合成了第一代可对中性水溶液中糖分子进行识别的杯[4]芳烃衍生物。当糖类化合物与硼酸形成环状硼酸酯后,硼酸的酸性增强,与叔胺的Lewis酸碱作用增强,从而调节光诱导电子从胺(荧光淬灭基团)到萘环(荧光基团)的转移,通过光诱导电子从氮到萘环的转移禁阻,受体1在p H值为7.77时键合糖类后显示出荧光增强效应(B
电化学葡萄糖传感器研究进展_吴爱坪
2015年第23期 科技创新科技创新与应用 电化学葡萄糖传感器研究进展 吴爱坪 （国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州215000） 葡萄糖检测在医学、食品、生物技术及工业等领域有着广泛的应用，例如在医学上，常用电化学葡萄糖检测试条对病人血液、尿液或是唾液中的葡萄糖进行检测，从而指导饮食调节或是调整糖尿病用药，有助于糖尿病病情的治疗与控制；在食品方面，葡萄糖常见的碳水化合物，分析食品中（如饮料、果汁等饮品中）的葡萄糖含量也十分必要；葡萄糖含量的多少对微生物的发酵过程也有一定的影响；此外葡萄糖电化学传感器也用于检测工业废水中葡萄糖的含量。采用电化学传感器检测葡萄糖，其线性检测范围宽、灵敏度高、成本比较低，近年来，获得快速发展，已成为目前研究和应用最多的生物传感器。 1电化学酶传感器 酶传感器一般是由固定化酶和电极组合构建而成。利用酶的高度专一性及催化性，将酶作为生物传感器的敏感元件，从而实现生物分子，如糖类、醇类、有机酸化合物、氨基酸化合物的浓度检测。用于葡萄糖检测的酶常为葡萄糖氧化酶。根据检测过程中传感器的电荷传递机理不同，主要有以下几种类型的电流型葡萄糖传感器。 1.1氧气作为电子传递介体 在葡萄糖氧化酶存在的条件下，葡萄糖和氧气反应生成葡萄糖酸和双氧水，葡萄糖浓度的变化与双氧水或是氧气的浓度变化成线性关系。采用电化学方法检测过氧化氧的浓度和氧浓度可实现葡萄糖浓度的检测。张彦等采用壳聚糖固定化葡萄糖氧化酶生物传感器测定葡萄糖的含量，通过电极检测氧气消耗量，并依据反应中消耗的氧气与葡萄糖的浓度成正比的关系，建立了检测葡萄糖含量的电化学方法[1]。由于这类传感器借助于中间物质氧气或是双氧水，极易受检测环境的影响，如氧气不足时，难以对高浓度的血糖进行测定；双氧水浓度过高还容易导致酶的失活[2]。 1.2利用电子媒介体代替氧气作为电子受体 电子媒介体，是指能将酶反应过程中产生的电子从酶反应中心转移到电极表面，从而使电极产生相应电流变化的分子导电体。其克服了葡萄糖酶传感器受氧气限制的缺点。电子媒介体能够使电子在酶的氧化还原中心与工作电极表面之间进行快速、往复传递。常见的电子媒介体有有机染料、二茂铁及其衍生物、醌及其衍生物、四硫富瓦烯、富勒烯及导电有机盐等。陈国松等用电子媒介体硒杂二茂铁制备得到的葡萄糖电极[3]；莫昌莉等以蔡酚绿B为介体制备葡萄糖传感器，加入葡萄糖标准溶液前后对蔡酚绿B进行循环伏安扫描，根据蔡酚绿B氧化峰的电流值与葡萄糖浓度成正比从而实现葡萄糖的定量测定[4]。 1.3无介体传感器 其主要特点就是不经过酶与电极间电子交换，酶自身与电极之间直接进行电子转移。由于氧化还原活性中心深埋在葡萄糖氧化酶的分子内部，电子无法与电极表面以足够快速率进行转移，因此增强电子转移速度、缩短其与电极的距离是无介质传感器的研究热点。通常主要通过将酶共价键合在修饰电极表面、或将酶固定在导电聚合物修饰电极表面，达到酶催化反应的专一和高效。蔡称心等利用吸附的方法将葡萄糖氧化酶固定到CNT/GC电极表面，形成GOx-CNT/GC电极，通过葡萄糖氧化酶的直接电子转移实现葡萄糖的检测[5]，Xinhuang Kang等采用葡萄糖氧化酶-石墨烯-壳聚糖修饰电极实现葡萄糖的直接电化学检测，借助于石墨烯的高比表面积和高导电性，实现葡萄糖氧化酶在电极表面的高吸附量，并加快了葡萄糖氧化酶与电极之间的电子传递速度[6]。 2电化学非酶传感器 酶的活性容易受到外界环境影响这一缺点限制了酶传感器的应用，通过在电极上修饰对葡萄糖有催化作用的材料构建非酶葡萄糖传感器越来越引起人们的关注。常见的用于构建非酶葡萄堂传感器的材料主要有金属纳米材料如Au、Ag、Pt等、金属合金如Pt-Pb、金属纳米氧化物纳米CuO等、碳纳米管、石墨烯、聚合物膜、水滑石等。非酶葡萄糖传感器克服了酶容易失活这一缺点，表现出良好的重现性及稳定性。 纳米材料由于其尺寸效应等具备良好的催化性能，越来越广泛应用于电化学传感器的研究中。丁海云等将制备了Cu纳米粒子修饰电极，其与大粒径的Cu粒子修饰电极相比较，Cu纳米粒子修饰电极对葡萄糖的检出限更低[7]，罗立强等制备氧化铜－石墨烯纳米复合物修饰电极，测定人血清样品，其结果与生化分析仪得出的结果基本一致[8]。特殊形状的纳米结构性能更佳，王蕊通过电沉积的方法在金电极表面制备了具有三维Pt-Pb“纳米花”状纳米结构，其电活性面积和电催化活性都有极大的提高，且稳定性和选择性也很好[9]。黄新堂等制备钛基底上镍－铝水滑石纳米片阵列无酶葡萄糖传感器电极CN101598697A。 电极表面的聚合物膜可以消除干扰，提高电极选择性。俞建国等制备的修饰过氧化聚吡咯膜的微镍电极用于葡萄糖的检测，有效的减少了常见的干扰物质（如抗坏血酸、尿酸）对检测结果的干扰，提高修饰电极的稳定性[10]。 3结束语 酶传感器具有高度的专一性，非酶传感器具备良好的稳定性，两者均具备自己的优势，无论哪种传感器，其最终目的是实现葡萄糖传感器的高效、专一、长期检测。未来在酶传感器的酶的活性保持及非酶传感器的专一性等方面的研究将会是葡萄糖电化学传感器的研究热点。 参考文献 [1]张彦，等.壳聚糖固定化葡萄糖氧化酶生物传感器测定葡萄糖的含量[J].分析化学，2009，37（7）：1049-1052. [2]Guilbault G Q Lubrano G G.An enzyme electrode for ampero－metric determination of glucose[J].Analytica ChimicaActa，1973，64（3）：439-455. [3]陈国松，等.CN102297886A[P].2011 [4]莫昌莉，等.以蔡酚绿B为介体的葡萄糖生物传感器[J].化学传感器，2003，23（1）：26-31. [5]蔡称心，等.碳纳米管修饰电极上葡萄糖氧化酶的直接电子转移[J].中国科学（B辑），2003，33（6）：511-518. [6]Xinhuang Kang，等.Glucose Oxidase-graphene-chitosan modified e lectrode for direct electrochemistry and glucose sensing[J].Biosensors and Bioelectronics，2009，25：901-905. [7]丁海云，等.纳米铜修饰玻碳电极的制备及其对葡萄糖的催化氧化[J].分析化学，2008，36（6）：839~842. [8]罗立强，等.CN102520035A[P].2012. [9]王蕊.Pt-Pb纳米花修饰无酶葡萄糖传感器的研究[D].天津大学材料学院，2010. [10]俞建国，等.高选择性的镍基无酶葡萄糖微传感器的研制及应用[J].分析化学，2008，36（9）：1201-1206. 摘要：电化学传感器法检测葡萄糖是葡萄糖检测的常见方法，广泛应用于临床检测、食品生产、生物技术、发酵控制等领域，文章介绍了葡萄糖电化学传感器的常见类型及其工作原理，并对其优缺点进行了简单分析。 关键词：葡萄糖；电化学传感器；研究分析 63 --
化学传感器的研究进展
武汉工程大学 “E+”国家人才培养模式创新实验区 科研训练 项目名称：化学传感器的研究进展 学生姓名：康福强 班级学号： 1306210607 指导教师：李辉 成绩评定： “E+”国家级人才培养实验区外语学院制
化学传感器的研究进展 摘要：化学传感器是当代信息产业的重要组成部分，其发展迅速，已在人类现代生活中发挥了重要的作用。本文介绍了化学传感器的基本概念，工作原理和分类，在此基础上着重总结了相关最新研究进展，并对化学传感器的发展做出了展望。 关键词:化学传感器;研究进展;电流型气体传感器;光纤化学传感器 Abstract：Chemical sensor is an important part of modern information industry, its development is rapid, been in the human has played an important role in modern life.This paper introduces the basic concepts of sensor, the working principle and classification, on this basis mainly related to the latest research progress are summarized, and the prospects are made on the development of chemical sensors. Key words：Chemical sensors;The research progress;Current type gas sensor;Fiber optic chemical sensor 1引言 在科学研究和工农业生产、环境保护等很多领域，化学量的检测与控制技术正在得到越来越广泛的应用，而化学传感器是这个过程的首要环节[1]。近儿十年化学传感器的研究和发表明，化学传感器的应用已深入人们现代生活的各个方面，环境的保持和监控，预防灾难和疾病的发生，以及不断提高人们的工农业活力和生活水平，仍然是当前乃至今后相当长时期化学传感器应用的主要领域。本文介绍了化学传感器及其最新研究进展。 2化学传感器 2.1化学传感器的概念 化学传感器(chemical sensor)通常描述成一种分析方法，这种分析方法更适合于被称作“分析化验”或者“感觉系统”，但是化学传感器通常是连续的获得数据信息，而感觉系统获得信息是不连续的[2]。在R. W . C atterall的著作[3]中将化学传感器定义为一种装置，通过某化学反应以选择性方式对特定的待分析物质产生响应从而对分析质进行定性或定量测定。此传感器用于检测及测量特定的某种或多种化学物质。 2.2化学传感器的工作原理和分类 化学传感器的组成包括具有对待测化学物质的形状或分子结构选择性俘获功能的接受器和将俘获的化学量有效转换为电信号功能的转换器。接受器将待测物的某一化学参数(常常是浓度)与传导系统连结起来。它主要具有两种功能:选择性地与待测物发生作用，反应所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。 分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此，化学传感器研究的主要问题就是分子识别系统的选择以及如何反分子识别系统与合适的传导系统相连续。化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号，并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式，传送到电子系统进行放大或进行转换输出，最终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号，检测出样品中待测物的量。 化学传感器的种类繁多、原理各异，检测对象儿乎涉及各种参数。通常一种传感器可以
《传感器与检测技术(第2版)》课后习题11 化学传感器(56)
第11章化学传感器 一、单项选择题 1、当O2吸附到S n O2上时，下列说法正确的是（）。 A. 载流子数下降，电阻增加 B. 载流子数增加，电阻减小 C. 载流子数增加，电阻减小 D. 载流子数下降，电阻增加 2、当H2吸附到MoO2上时，下列说法正确的是（）。 A. 载流子数下降，电阻增加 B. 载流子数增加，电阻减小 C. 载流子数增加，电阻减小 D. 载流子数下降，电阻增加 3、用N型材料SnO2制成的气敏电阻在空气中经加热处于稳定状态后，与氧气接触后（） A．电阻值变小 B．电阻值变大 C．电阻值不变 D．不确定 4、气敏传感器中的加热器是为了（） A．去除吸附在表面的气体 B. 去除吸附在表面的油污和尘埃 C．去除传感器中的水分 D. 起温度补偿作用 5、绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的（）。 A.质量 B.体积 C.程度 D.浓度 6、相对湿度是气体的绝对湿度与同一（）下水蒸汽达到饱和时的气体的绝对湿度之比。 A.体积 B.温度 C.环境 D.质量 7、湿敏传感器是指能将湿度转换为与其成一定比例关系的（）输出的器件式装置。 A.电流 B.电压 C.电量 D.电阻 8、响应时间反映湿敏元件在相对（）变化时输出特征量随相对湿度变化的快慢程度。 A.时间 B.温度 C.空间 D.湿度 9、气敏传感器是指能将被测气体的（）转换为与其成一定关系的电量输出的装置或器件。 A.成分 B.体积 C.浓度 D.压强 10、半导体气体传感器，是利用半导体气敏元件同气体接触，造成（）发生变化，借此检测特定气体的成分及其浓度。 A.半导体电阻 B.半导体上电流 C.半导体上电压 D.半导体性质 11、气敏传感器按设计规定的电压值使加热丝通电加热之后，敏感元件电阻值首先是急剧地下降，一般约经2一10分钟过渡过程后达到稳定的电阻值输出状态，称这一状态为（）。 A.静态 B.初始稳定状态 C.最终稳定状态 D.工作状态 12、一般说来，如果半导体表面吸附有气体，则半导体和吸附的气体之间会有电子的施受发生，造成电子迁移，从而形成( )。 A.电流 B.电势差 C.表面电荷层 D.深层电荷
传感器
光化学比色传感器阵列的研究进展 2013年第5期目录本期共收录文章20篇摘要：光化学比色传感器阵列以其价格低廉、方法简单、响应快速、信息量大等优点，得到了日益广泛的应用。本文主要介绍了光化学比色传感器阵列的研究进展，概括了近年来其在气体、生物样品、离子和小分子，以及混合物检测方面的应用，针对其不同原理及性能展开了讨论，并展望了其研究和应用前景。 关键词：光化学；比色；传感器；阵列；评述 1引言 化学传感器是一种能够通过某物理或化学反应以选择性方式对特定分析目标物产生响应，从而进行定性或定量测定的装置[1]。化学传感器通常由识别元件和换能器两部分构成。识别元件与待分析物相互作用，其物理、化学性质发生变化；换能器将这些参数转化和放大，生成与待分析物特性有关的可定性或定量处理的电信号或者光信号（颜色、发光等）[2]。目前，化学传感器已成为化学分析和检测的重要手段。传统的化学传感器根据“锁钥模式”进行设计，选择性好，对某些物质的检测非常有效，然而其设计也存在一定的缺陷，如对于生物大分子和结构不明确的待分析物的传感器设计存在困难，同时，针对复杂混合物中的每种成分均设计具有专一选择性的特定传感单元显得费时且不切实际[3]。阵列式传感器的设计模仿哺乳动物嗅觉和味觉系统，利用多个传感器单元组成阵列，通过传感器阵列与分析物之间的交叉响应，可以实现对多种物质及复杂混合物进行响应和检测。传感器阵列中的传感单元对分析物不必具有高度的选择性，某些传感单元对特定分析物有一定程度的选择性，同时对其它分析物也有响应，即每个传感单元对不同的组分具有不同的响应能力；利用传感器阵列对各种分析物整体响应之间的差别，实现对待分析物的区分。在光学、电化学、色谱等诸多的检测手段中，光化学显色方法无疑是最便捷有效的度量手段。结合光化学比色方法，光化学比色传感器阵列以其价格低廉、方法简单、响应快速、信息量大等优点，得到了日益广泛的应用。本文综述了近年来光化学比色传感器阵列在气体、生物样品、离子和小分子，以及混合物检测方面的应用，对
钙钛矿量子点的保护以及荧光传感应用
钙钛矿量子点的保护以及荧光传感应用 卤化铅钙钛矿是近年来兴起的半导体材料,由于其在光伏电池中的出色性能(光电转化效率超过20%)被研究者广泛关注。和传统的镉基量子点相比,钙钛矿纳米晶具有优秀的光学性质,例如高荧光量子产率(最高达100%),覆盖整个可见光区的可调发射光谱(从400-700 nm),相对低温的合成途径(从室温至150 ℃)等。 这些优越的特性使钙钛矿量子点在光电器件领域具有潜在的应用价值,例如太阳能电池/发光二极管/光泵浦激光/光检测器等。然而,钙钛矿量子点对湿度、氧气、极性和非质子溶剂以及热分解的不稳定性,影响了它们的进一步研究和分析方面的应用。 本论文共四章。第一章,文献综述。 主要介绍了钙钛矿量子点研究的发展过程,包括钙钛矿量子点的合成方法,光物理化学性质,稳定性的影响因素,现有的稳定方法,以及在光电和传感等方面的应用,并提出本论文的研究思路及其意义。第二章,利用研磨法制备有机无机杂化钙钛矿材料,探索其在湿度荧光传感的应用。 研究工作考察了其湿度传感的灵敏度和检测限,通过耦合红色荧光化合物,获得了一种比色型的荧光湿度传感器,达到了肉眼分辨湿度的效果,实验还考察了该传感器的稳定性。第三章,利用分子晶体苯甲酸作为包埋钙钛矿量子点的基质,不需要配体交换,进行量子点在苯甲酸晶体中的嵌入。 通过稳定性试验,考察晶体本身致密的结构对量子点的稳定性的影响。利用透射电子显微镜和激光共聚焦倒置荧光显微镜,观测量子点在苯甲酸晶体内部的分布。
通过荧光光谱和荧光寿命、荧光量子产率的测量,研究包埋量子点前后的光学性质特别是荧光性质的变化。实验利用这种复合晶体进行了暖白光LED的构建。 第四章,利用CsPbBr3NC量子点,通过固态阴阳离子的一步交换,获得了分散在KC1表面的CsPbC13-MnNC。利用KC1的多晶体软塑性成形的性质,通过压片成型,获得了具有橙红色荧光且发光可调的固态发光材料。 利用电感耦合等离子体质谱和荧光寿命的测量,证明了 Mn的掺杂。由于CsPbC13至Mn的能量转移效应,获得了强荧光的Mn发射,并用于光致发光的LED 颜色转换层。