电化学生物传感文献汇报
汇报人：司思思
日期：2020-6-17
目录
传感器
电化学生物传感器简介电化学生物传感器组分未来研究方向
传感器
传感器
化学传感器
物理传感器
生物传感器食品安全
药物检测
医疗诊断和卫生保健
环境监测
军事应用
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出。
人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。
而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。
为适应这种情况，就需要传感器。
ACS Sens. 2019,4, 1151−1173
Electrode Support
Immobilization
Target incubation Detection
Biocompatible
layer
Data processing
电化学生物传感器
生物催化装置
亲和传感器
典型的电化学传感器由三部分组成，受体也被称为识别分子，传感器元件和信号处理器。
目标物与识别分子之间的相互作用被传感器捕获为信号，然后通过信号转导用于检测。
工作电极基础电极
金属：金、铂、钯等
碳基材料：玻碳电极、丝网印刷电极等
陶瓷电极：ITO、TiO
2
支持电极碳基材料：碳纳米管、石墨烯、纳米颗粒金属：金、银纳米颗粒等
导电聚合物
三电极两回路电流：工作电极—对电极（铂丝、铂片、碳棒）
电压：工作电极—参比电极（Ag/AgCl、甘汞电极）
电化学传感器-支持电极修饰
界面修饰共价结合
吸附
电化学沉积
包埋
Analytica Chimica Acta 20151-14
苯胺单体电聚合在玻碳电极表面，形成聚苯胺(P ANI)膜。
然后，活化的MWCNT 与P ANI 共价结合。
将酶和SWCNTs 共包埋在吸附在金电极上的壳聚糖膜中。
纳米复合基质为酶提供了良好的环境，既保持了酶的活性，又促进了酶活性位点与电极表面之间的直接电子转移。
将活化后的MWCNT 溶液直接滴加在电极上，自然晾干成膜
基于电泳沉积(EPD)，将正电荷材料沉积在阳极上
化学气相沉积
电化学传感器-交联剂
⏹交联剂的选择由电极种类和受体性质而定
⏹贮存或反应过程中可能被水解，这可能导致生物相容性效率低下。
◆巯基乙胺的-SH 与金或银电极共价结合，-NH 2与戊二醛一端结合形成席夫碱，
另一端与生物分子共价结合
◆芘基与CNT/graphene π-π堆积，另一端与生物分子的-NH 2 共价结合
◆辅助含-SH/-NH 2的生物分子和含-COOH 的电极共价结合
◆通过粘附作用修饰在电极上，邻苯二酚与含-SH/ -NH 2的生物分子共价结合
巯基乙胺、戊二醛
PBASE
EDC/NHS
聚多巴胺
ACS Sens. 2018, 3, 1233−1245
受体：高亲和性、高特异性；如抗体、适配体、DNA/RNA、酶、分子印迹聚合物
抗体：
1950s，抗体(pAb)被引入免疫检测；
1975年，单克隆抗体(mAb)的发展提高了检测
的特异性；
1979年，免疫分析法与电化学检测相结合，
形成电化学免疫传感器；
ACS Sens. 2019,4, 1151−1173
直接竞争型三明治型
抗体
标准非竞争
Colloids and Surfaces B: Biointerfaces2013, 103, 38–44
Colloids and Surfaces B: Biointerfaces2014, 116, 714–719
Nanomaterials2019, 9, 1076
电化学传感器-信号放大
Sensors and Actuators B 2018, 266,400–407
(a) 无Au@Pt 、无AuNCs ；(b) 无Au@Pt 、无MoS 2；(c)无Au@Pt ；(d) Au@Pt-anti-MC-LR/MC-LR/anti-MC-LR/AuNCs/MoS 2/Au
MoS 2 /AuNCs 为支持电极，Au@Pt 为信号增强剂
纳米复合材料进行标记
Au nanoparticles, nanorods, nanoclusters core-shell magnetic nanoparticles mesoporous PtRu alloy
Au core/Pt shell nanoparticles Ag nanoparticles
Carbon nanotubes, nanospheres
适配体
亚甲基蓝修饰适配体作为受体铜离子介导的金纳米颗粒聚集物用于信号放大
ACS Sens.2019,4, 2, 498–503Biosensors and Bioelectronics 2019, 126, 529–534
DNA
Chem. Commun., 2020, 56, 5311--5314
Talanta 2020, 207, 120298
Biosensors and Bioelectronics 2019, 141, 111405
双信号比值法
非固定探针
合成平面非带电金属络合物作为DNA 杂交指示剂
分子印迹聚合物
溶胶-凝胶在金电极表面印迹薄膜用于大肠杆菌检测
Biosensors and Bioelectronics 2019,124–125,161–166
Talanta 2020, 209 , 120502
电化学方法在SPE 电极表面沉积间苯二胺聚合物检测红霉素
没有生物受体，保证了传感器的长期稳定性
电聚合、光聚合、溶胶-凝胶技术
电化学传感器-传感信号
电化学测量方法
恒电势法恒电流法交流阻抗法
安培法伏安法
循环伏安法
脉冲伏安法
差分脉冲法
方波伏安法C u r r e n t
t
Potential
C u r r e n t
t
λ
E i
E λ
Potential
C u r r e n t
t
E
Potential C u r r e n t
t
E
Z′
Z ″
t
E
在流动电极系统或使用旋转或振动工作电极
最通用的电化学技术对化合物或电极表面进行电化学研究的第一个实验
免标记测量分析物,简化测量程序
未来研究方向
◆多分析和同时传感。
单一溶液中的多种分析物同时分析是电化学检测的下一个趋势。
因为它
最经济、最快速，可获得最完整的信息。
◆可穿戴传感器和全集成。
实现对生理特征的实时检测。
◆智能传感器。
◆开发生物相容性和环境友好性材料。
生物相容性材料的使用是体液分析的一个重要标准。
传
感器和传感材料将不可避免地接触到垃圾填埋场、自然水源。
任何潜在的有害物质都必须仔细考虑再加以应用，以保护环境和人类生命。
◆稳定性、可重复使用。
通过降低成本来提高经济效率。
并保证需要它的人尽可能容易获得。
谢谢聆听。