基于富勒烯纳米复合物敏化/猝灭效应的光电化学DNA生物传感器研究
发布时间：2021-11-25 16:59
精准的生化分析和医学检验是推动人类社会发展,提高人类幸福健康指数的重要环节。2019年末一场席卷全球的由新型冠状病毒感染的肺炎疫情使人们更加深刻认识到了实现精准快速的生化分析和医学检验的重要性。光电化学（Photoelectrochemical,PEC）生物传感器是一种建立在电化学检测装置基础上的,同时结合了电分析和光分析方法的用于探究分子浓度或含量信息的新型生物分析装置,近年来受到了研究者们的广泛关注。其输入信号为光信号,输出信号为电信号（光生电流信号）,即输入信号和输出信号的形式完全不同,这大大降低了PEC生物传感器的背景信号,赋予了PEC生物传感器更高的灵敏度和更低的检测限。得益于此,PEC生物传感器往往展现出对靶标生物分子优异的分析性能以满足实际检测的需要,这使得其在克服现有生物传感分析装置灵敏度不足的问题上具有令人渴望的曙光。根据PEC生物传感器的作用机制,其信号响应强度的变化量是检测性能优良的一个决定因素,所以为了得到更为优异的检测性能,就迫切需要所构建PEC生物传感器的光电流响应表现出更大变化。为了达到这一目的,设法提高PEC生物传感器的光电流响应强度是一个有力的突破口。...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传感器的作用机制
西南大学硕士学位论文2流（Current）、电位（Potential）、电阻（Resistance）、光（Optical）信号、热（Thermal）信号等。此时，信号的变化强度与待测物质的浓度或含量成线性关系，从而达到定量检测靶标生物分子的目的。图1.2生物传感器的作用机理。Fig.1.2Machenismpresentationofabiosensor.在较长的发展历程中，针对各种靶标物质和基于不同检测原理的生物传感器不断出现，使得生物传感系统获得了蓬勃发展[6]。根据生物传感器所采用检测原理的不同，可将其分为电化学生物传感器（Electrochemicalbiosensor）、荧光生物传感器（Fluorecentbiosensor）、压力生物传感器（Pressurebiosensor）、光电生物传感器（Photoelectricbiosensor）等。基于化学修饰电极的电化学生物传感器是最基本的电化学生物传感器，其具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低等特点，并且能在复杂体系中进行在线实时连续监测[7]。其中，化学修饰电极是将固体电极的表面通过物理或化学方法在微观上进行分子设计，重塑电极表面的微观结构，使原来的电极具有特殊结构，成为新的换能器[8]。近年来，在电化学生物传感器的基础上，研究者们结合其他较为成熟的分析方法开发出具有多种检测原理的新型生物传感器，最常见的两类是电化学发光（Electrochemiluminescence，ECL）生物传感器和光电化学（Photoelectrochemical，PEC）生物传感器。生物传感器是物质分子水平的快速、微量乃至痕量分析手段，也是发展生物技术必不可少的一种检测方法，其在临床诊断、工业控制、食品分析、制药工程、环境保护以及生物芯片等领域均有着重要的应用前景[9]。1.2光电化学概述1.2.1光电化学作用原理光电化学（Photoelectrochemistry）是在电化学基础上产生的，同时结合光化学和电化学方
仑力作用下形成一个束缚态，由于这种束缚力较弱，载流子将在空间上发生迁移和分离，随后可用于电化学反应或外电路，形成光电流。由于光生电子占据较高能级的导带，具有还原性，可以作为还原剂与溶液中的氧化剂发生反应；光生空穴占据较低能级的价带，具有较高的氧化电位，可以作为氧化剂与溶液中的还原剂发生反应。当光生电子成为多数载流子，即光生空穴被大量消耗时，外电路中产生阳极光电流（Anodicphotocurrent）；当光生空穴成为多数载流子，即光生电子被大量消耗时，外电路中产生阴极光电流（Cathodicphotocurrent）。图1.3CdSQDs的光电化学作用原理[12]。Fig.1.3SchematicillustrationofthePECmechanismofCdSQDs[12].1.2.2光生电子-光生空穴的复合和分离光电活性材料即具有光电化学活性，能够产生一定光生电流强度的材料，简称为光电材料。半导体（Semiconductor）是一类已经被广泛使用的性能优异的光电材料，也是最重要的一类光电材料，其具有很多独特的物理化学性质，如掺杂性、热敏性、光敏性、整流特性、负电阻温度特性、光电导效应和光生伏特效应等[13]。半导体光电活性材料接受入射光源辐射后，产生的光生电子-空穴对的寿命较短，且其本身处于不稳定的激发态，因此必须释放出一定能量以恢复稳定。对于一个受激半导体来说，其去活化能量松弛过程主要包括以下四种途径：（1）光生电子和光生空穴在半导体体相内迁移时复合，即体相复合；（2）光生电子和光生空穴迁移到半导体表面后复合，即表面复合；（3）光生电子迁移到半导体表面后与溶液中的电子受体反应，即被氧化；（4）光生空穴迁移到半导体表面后与溶液中的电子供体反应，即被还原。在这四种过程中，前两种过程使光生电子-空穴的分离效率降低，是副反应，而后两种过程使光生电子-
【参考文献】：
期刊论文
[1]Study on superoxide and hydroxyl radicals generated in indirect electrochemical oxidation by chemiluminescence and UV-Visible spectra[J]. ZHANG Bo-Tao~1 ZHAO Li-Xia~1 LIN Jin-Ming~(1,2,*)1.State Key Laboratory of Environmental Chemistry and Ecotoxicology,Research Center for Eco-Environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100085,China.2.Department of Chemistry,Tsinghua University,Beijing 100084,China. Journal of Environmental Sciences. 2008(08)
本文编号：3518553
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传感器的作用机制
西南大学硕士学位论文2流（Current）、电位（Potential）、电阻（Resistance）、光（Optical）信号、热（Thermal）信号等。此时，信号的变化强度与待测物质的浓度或含量成线性关系，从而达到定量检测靶标生物分子的目的。图1.2生物传感器的作用机理。Fig.1.2Machenismpresentationofabiosensor.在较长的发展历程中，针对各种靶标物质和基于不同检测原理的生物传感器不断出现，使得生物传感系统获得了蓬勃发展[6]。根据生物传感器所采用检测原理的不同，可将其分为电化学生物传感器（Electrochemicalbiosensor）、荧光生物传感器（Fluorecentbiosensor）、压力生物传感器（Pressurebiosensor）、光电生物传感器（Photoelectricbiosensor）等。基于化学修饰电极的电化学生物传感器是最基本的电化学生物传感器，其具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低等特点，并且能在复杂体系中进行在线实时连续监测[7]。其中，化学修饰电极是将固体电极的表面通过物理或化学方法在微观上进行分子设计，重塑电极表面的微观结构，使原来的电极具有特殊结构，成为新的换能器[8]。近年来，在电化学生物传感器的基础上，研究者们结合其他较为成熟的分析方法开发出具有多种检测原理的新型生物传感器，最常见的两类是电化学发光（Electrochemiluminescence，ECL）生物传感器和光电化学（Photoelectrochemical，PEC）生物传感器。生物传感器是物质分子水平的快速、微量乃至痕量分析手段，也是发展生物技术必不可少的一种检测方法，其在临床诊断、工业控制、食品分析、制药工程、环境保护以及生物芯片等领域均有着重要的应用前景[9]。1.2光电化学概述1.2.1光电化学作用原理光电化学（Photoelectrochemistry）是在电化学基础上产生的，同时结合光化学和电化学方
仑力作用下形成一个束缚态，由于这种束缚力较弱，载流子将在空间上发生迁移和分离，随后可用于电化学反应或外电路，形成光电流。由于光生电子占据较高能级的导带，具有还原性，可以作为还原剂与溶液中的氧化剂发生反应；光生空穴占据较低能级的价带，具有较高的氧化电位，可以作为氧化剂与溶液中的还原剂发生反应。当光生电子成为多数载流子，即光生空穴被大量消耗时，外电路中产生阳极光电流（Anodicphotocurrent）；当光生空穴成为多数载流子，即光生电子被大量消耗时，外电路中产生阴极光电流（Cathodicphotocurrent）。图1.3CdSQDs的光电化学作用原理[12]。Fig.1.3SchematicillustrationofthePECmechanismofCdSQDs[12].1.2.2光生电子-光生空穴的复合和分离光电活性材料即具有光电化学活性，能够产生一定光生电流强度的材料，简称为光电材料。半导体（Semiconductor）是一类已经被广泛使用的性能优异的光电材料，也是最重要的一类光电材料，其具有很多独特的物理化学性质，如掺杂性、热敏性、光敏性、整流特性、负电阻温度特性、光电导效应和光生伏特效应等[13]。半导体光电活性材料接受入射光源辐射后，产生的光生电子-空穴对的寿命较短，且其本身处于不稳定的激发态，因此必须释放出一定能量以恢复稳定。对于一个受激半导体来说，其去活化能量松弛过程主要包括以下四种途径：（1）光生电子和光生空穴在半导体体相内迁移时复合，即体相复合；（2）光生电子和光生空穴迁移到半导体表面后复合，即表面复合；（3）光生电子迁移到半导体表面后与溶液中的电子受体反应，即被氧化；（4）光生空穴迁移到半导体表面后与溶液中的电子供体反应，即被还原。在这四种过程中，前两种过程使光生电子-空穴的分离效率降低，是副反应，而后两种过程使光生电子-
【参考文献】：
期刊论文
[1]Study on superoxide and hydroxyl radicals generated in indirect electrochemical oxidation by chemiluminescence and UV-Visible spectra[J]. ZHANG Bo-Tao~1 ZHAO Li-Xia~1 LIN Jin-Ming~(1,2,*)1.State Key Laboratory of Environmental Chemistry and Ecotoxicology,Research Center for Eco-Environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100085,China.2.Department of Chemistry,Tsinghua University,Beijing 100084,China. Journal of Environmental Sciences. 2008(08)
本文编号：3518553
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