用于细胞检测的微电极传感器设计及传感分析

本文针对肿瘤细胞的活性检测、神经细胞的神经递质检测与巨噬细胞等的氧化损伤检测等细胞检测中的核心问题,简要介绍电化学生化传感器和传感方法在细胞检测领域的应用和发展,重点对不同微电极结构的电化学传感器的设计制作、细胞检测方法及应用进展进行了综述。电化学生化传感器从单一检测电极向集成多功能和阵列式电极发展,从单个电极传感检测模式向芯片集成微电极式传感系统发展,而在其生物相容性、检测限和检测效率等方面尚需进一步提升和拓展。基于微机电系统(MEMS)技术制作的微电极研制,电极表面的多种化学和生物修饰的敏感膜研究,从硅基到聚合物柔性基底电极的材料拓展,小体积、植入式、可穿戴式的电化学生化传感器研制等是目前发展的方向,其在临床检验、精准医疗、运动健康监测、老年健康服务等诸多领域中显示出巨大的应用前景。     

有机磷毒剂的电化学传感研究进展

有机磷毒剂是一类含磷（膦）酸或磷（膦）酸酯类高毒有机物及其衍生物的统称，能破坏正常神经传导，造成神经系统损伤，在军事行动和农业生产等方面的非常规使用给人类生存发展带来了严重威胁。电化学传感技术以其设备简便、灵敏度高、响应速度快等优点展现了实地传感有机磷毒剂的巨大潜力。总结了近几年有机磷毒剂的电化学传感相关研究报道，依据检测原理差异性将其分为4类：直接检测法、电化学酶法、电化学免疫法和电化学发光法。分析了各种方法的检测机理和优缺点；介绍了不同传感方法对工作电极修饰材料的要求；比较了不同电极修饰材料对方法检出限和线性范围的影响；阐述了电化学与生物技术结合检测有机磷毒剂的研究进展。电化学酶法和电化学免疫法具备选择性好和适用范围宽等优点，进而提出了纳米酶、纳米抗体和多维修饰材料结合传感检测含磷毒剂的新思路。     

电致发光细胞传感器及其分析应用

电致发光细胞传感器具有灵敏度高、反应可控性强、背景干扰低、分析实时、对检测对象无损等优点,近年来成为生物分析和临床诊断等领域的研究热点。该文针对电致发光细胞传感器构建以及纳米发光探针的设计介绍其在肿瘤细胞定量分析、肿瘤标志物分析、单细胞分析以及细胞功能分析等方面的应用,并对电致发光技术在细胞传感中的研究趋势进行展望。     

基于AuNPs/PANI-NF复合膜的电化学细胞传感器对姜黄素诱导HeLa细胞凋亡的抑制作用检测

以聚苯胺纳米纤维(PANI-NF)-纳米金(AuNPs)复合膜构建传感界面,在AuNPs/PANI-NF界面上修饰转铁蛋白(Tf),利用转铁蛋白与人宫颈癌细胞(HeLa)表面大量表达的转铁蛋白受体(TfR)之间的特异性识别作用,将细胞捕获到传感器界面,导致电化学阻抗值变化。利用电化学阻抗谱研究姜黄素对HeLa细胞的抑制作用。结果表明,随着药物浓度的增大和作用时间的延长,电化学阻抗值下降,表明姜黄素对细胞的抑制作用增强。电化学阻抗值的变化率与药物浓度和作用时间具有量效关系;电化学方法检测显示,姜黄素对HeLa细胞的抑制作用趋势与MTT法及倒置显微镜检测到的姜黄素对HeLa细胞的抑制作用结果相吻合,从而建立了一种检测药物对细胞抑制作用的新方法。该方法具有简便、灵敏度高、费用低廉等优点。     

纳米金-多壁碳纳米管复合物修饰电极对柔红霉素作用癌细胞的实时检测

本文通过制备纳米金-多壁碳纳米管复合物(Au-MCNT)修饰玻碳电极,建立了抗癌药物柔红霉素(DNR)作用癌细胞的高灵敏检测方法,研究并追踪了DNR与癌细胞相互作用过程中细胞对DNR的电化学实时响应.结果表明,Au-MCNT修饰电极能实现抗癌药物DNR作用癌细胞的高灵敏实时检测.基于该纳米复合材料的电化学药物传感分析方法可作为抗癌研究中一种方便、快捷、灵敏的实时检测手段,在生物医学等领域具有良好的应用前景.     

纳米电化学生物传感器

纳米电化学生物传感器是将纳米材料作为一种新型的生物传感介质,与特异性分子识别物质如酶、抗原/抗体、DNA等相结合,并以电化学信号为检测信号的分析器件。本文简要介绍了生物传感器的分类和纳米材料在电化学生物传感器中的应用及其优势,综述了近年来各类纳米电化学生物传感器在生物检测方面的研究进展,包括纳米颗粒生物传感器,纳米管、纳米棒、纳米纤维与纳米线生物传感器,以及纳米片与纳米阵列生物传感器等。     

《电化学分析传感》专辑序言

《电化学分析传感》专辑序言 电化学分析传感是一种基于界面电荷相互作用的测量方法,具有高灵敏、响应快、无标记等本征优势. 该方法的核心思路是将待测对象构建成为化学电池的某一部分,通过测量界面电子转移或电荷重排过程中产生的电信号响应,如电池电位、电流、电导、电量变化,对待测目标进行定性定量动态地检测、监测或表征. 　　近年来,伴随着测量仪器性能和数据处理方法的持续提高与优化,电化学分析传感研究前沿热点越来越多地关注到纳米尺度界面上的瞬态电荷相互作用、动态电荷传输机制,特别是发展限域空间内的单体纳米电化学信号放大、传输、记录、解析新模式和新策略. 其中,单体电化学分析,如单颗粒碰撞法等,不仅可以得到常规宏观测量的单一平均结果,同时还能描绘出所有不同颗粒结构与性能的完整分布,揭示少量但关键的电化学活性位点和反应机理;而纳米限域电化学分析,如纳米孔道协同测量等,则能通过限域效应有效延长亚稳态中间体的结构寿命,灵敏识别不同待测单体间的细微理化性质差异及其动态变化过程. 此外,电分析方法也更多地与谱学、成像等技术联用,对界面电化学过程进行原位、实时、在线表征,以期揭示纳米界面的电荷传递和能量转化的化学本质. 进而指导设计构建高灵敏电化学传感器,实现在疾病的早期检测、能源转换的高效率用、水体环境污染的有效治理等国家战略性产业中的广泛应用. 　　本专辑围绕电化学分析传感新方法与新技术,收录了在相关研究领域具有丰富经验积累和影响力的团队所撰写的21篇相关研究进展的综述文章和研究论文（分成两期出版,分别包含10篇和11篇）. 希望借助此专辑的出版,能使广大读者更好地了解当前电化学测量领域的研究现状、研究趋势和存在的问题及挑战,推动我国下一代电化学精准分析技术和高效传感应用的进一步发展. 　　最后,对本专辑的所有作者、审稿人及编辑部工作人员的辛勤工作和付出表示由衷的感谢！     

柔性自支撑碳基复合电极在过氧化氢的电化学传感中的应用

随着人们对癌症早期诊断和治疗的重视,开发高效可靠的检测方法对细胞内生物活性物质进行原位实时监测意义重大,电化学生物传感系统因灵敏度高、检测速度快、稳定性和选择性好等优点,在H_2O_2检测中展现出重要的应用价值。H_2O_2是一种活性氧,与肿瘤细胞等的生理活动密切相关。开发检测癌症生物标志物H_2O_2的电化学生物传感系统有着巨大的应用前景。本文重点阐述了基于柔性自支撑碳基复合电极的电化学传感器在H_2O_2检测中的研究进展,并介绍了一些传感器在癌细胞检测中的应用。最后展望了其未来发展的机遇和挑战。     

纳流控-电化学技术在生化分析领域的研究进展

纳流控作为一个崭新的研究领域正受到越来越多的关注,并且已被成功应用到纳米尺度分离、生化传感、能量转化等诸多领域. 纳流控的发展与电化学紧密相连,一方面,电化学可以为纳米孔道中的物质传输特性的研究提供驱动力;另一方面,纳米孔道可以为限域电化学研究提供微环境. 纳流控和电化学技术相辅相成,催生了许多单分子、单粒子分析以及纳米流体操控的新理念与新技术. 本综述从纳米孔道与电极的结合方式出发,对纳流控-电化学相关研究进行了总结与展望.     

食品中违禁色素的电化学传感技术研究进展

食品中违禁色素对人体有致癌、基因毒性和细胞毒性等不良作用。因此开发准确、灵敏的违禁色素检测技术具有重要意义。相比其他检测技术,电化学传感技术具有成本低、操作简便、快速和灵敏的优点,而且可以发展成便携式仪器进行及时有效的现场检测。通过与纳米技术结合,近年来食品中违禁色素的电化学检测取得了很大进展。本文总结了食品中违禁色素的电化学传感技术的发展,重点综述了近5年纳米材料基电化学传感技术的研究进展,并讨论了该技术目前存在的问题和未来的发展趋势。     

基于共价有机框架的电化学生物传感器在生物样品检测中的应用

共价有机框架材料(Covalent Organic Frameworks, COFs)是一种具有纳米级结构有序性的二维或三维有机结晶材料, 具有高度周期性和可修饰性等结构优点. 基于COFs制备的电化学生物传感器具有灵敏度高、特异性强、重复性好等特点, 在检测生物样品方面具有广阔前景. 本综述简要概述了COFs的合成方法与策略、电化学生物传感器的介绍与分类以及COFs在电化学生物传感检测生物样品领域的应用. 最后本综述对COFs材料在生物传感领域的技术瓶颈与未来的发展方向进行了总结与讨论.     

光致清洁电极可见光在线更新与细胞实时监测

电化学传感器在用于细胞实时监测过程中,电极界面污染严重影响其检测性能.通过将纳米光催化剂与电化学传感材料复合,构建光致清洁电化学传感器,为电极界面的高效及无损更新提供了新思路.然而光催化产生的活性氧自由基导致细胞损伤,限制了细胞培养及检测过程中电极界面的实时更新.为此,我们在PEDOT@CdS/TiO₂/ITO可见光致更新电极表面旋涂明胶薄层,在保持电极良好的光致清洁和电化学传感性能同时,利用明胶薄层阻碍光催化产生的活性氧自由基扩散至细胞表面,显著降低了细胞损伤.此外,明胶优良的生物相容性有利于细胞的黏附及增殖.利用该电极,我们实现了人脐静脉内皮细胞（HUVECs）培养过程中,电极的在线更新以及细胞释放一氧化氮的实时监测.     

电化学表面等离子体共振技术

电化学表面等离子体共振(electrochemical surface plasmon resonance,ESPR)技术是近年发展起来的、将表面等离子体共振技术与电化学方法联用的一种新方法。本文在阐明ESPR基本原理及其主要联用方法的基础上,对ESPR技术在金属离子定性/定量分析、纳米薄膜原位动力学研究、电化学聚合反应过程研究、ESPR生物传感等方面的应用进行了详细评述,并提出了提高ESPR检测灵敏度、ESPR与其他技术的联用以及测量装置的微型化、自动化是今后ESPR技术的发展方向。     

植物激素电化学传感技术研究进展

植物激素是植物自身合成的微量小分子有机物,作为信号分子,在极低浓度就能对植物生长发育产生显著调控作用.植物激素的超微量及原位测定技术是该研究领域的重要研究课题.在众多的检测手段中,电化学方法因其高灵敏和可动态监测等特点而备受青睐.本文综述了近年来植物激素电化学传感技术的最新研究进展,内容涵盖植物激素电化学生物传感、植物激素直接电化学传感、植物激素光电化学传感、植物激素分子印迹电化学传感等研究领域,并对植物激素电化学传感技术的发展趋势进行了展望.     

电化学表面等离子体共振技术

电化学表面等离子体共振(electrochemical surface plasmon resonance, ESPR)技术是近年发展起来的、将表面等离子体共振技术与电化学方法联用的一种新方法.本文在阐明ESPR基本原理及其主要联用方法的基础上,对ESPR技术在金属离子定性/定量分析、纳米薄膜原位动力学研究、电化学聚合反应过程研究、ESPR生物传感等方面的应用进行了详细评述,并提出了提高ESPR检测灵敏度、ESPR与其他技术的联用以及测量装置的微型化、自动化是今后ESPR技术的发展方向.     

电化学表面等离子体共振技术

电化学表面等离子体共振(electrochemical surface plasmon resonance, ESPR)技术是近年发展起来的、将表面等离子体共振技术与电化学方法联用的一种新方法.本文在阐明ESPR基本原理及其主要联用方法的基础上,对ESPR技术在金属离子定性/定量分析、纳米薄膜原位动力学研究、电化学聚合反应过程研究、ESPR生物传感等方面的应用进行了详细评述,并提出了提高ESPR检测灵敏度、ESPR与其他技术的联用以及测量装置的微型化、自动化是今后ESPR技术的发展方向.     

微纳电化学传感界面的构建及其用于单细胞实时监测

细胞是生物体形态结构和生命活动的基本单位.常规检测群体细胞的方法往往会掩盖细胞间的个体差异,因此亟需发展高效的单细胞分析策略,深入研究细胞生命活动过程,揭示疾病发生发展机制,推动个体化诊疗.超微电化学传感器具有尺寸小、灵敏度高、时空分辨率高等特点,在单细胞实时动态监测方面发挥了非常重要的作用.目前,微纳电化学传感器在电极制备、高性能传感界面构建、理论分析等方面已取得重要进展,且在单细胞实时监测及相关细胞机制研究方面取得突破.然而,单细胞内环境复杂、活性分子浓度低且随时空高度动态变化,这对微纳电化学传感器的灵敏度和选择性等综合性能提出了更高要求.我们课题组长期从事基于微纳电化学传感的单细胞与亚细胞实时动态监测研究,本文主要介绍了我们近10年来在该领域的研究进展,并对未来的挑战与机遇进行了探讨.     

基于共价有机框架材料的电化学传感器研究进展

共价有机框架（COFs）材料是一类由轻质元素（C, O, N, B等）通过强共价键连接而成的新兴结晶多孔材料。COFs因其可调孔径、永久孔隙率、拓扑可设计性等优点,被广泛用于电化学传感领域。金属纳米粒子、碳材料、金属有机框架、酶等功能材料与COFs复合,可以显著提高电化学传感器的分析性能,实现高灵敏度和选择性检测。本综述阐述了基于COFs的电化学传感器的最新研究进展,总结了制备方法,并对其传感机制进行了解释。介绍了新型COFs材料的设计和合成,以及基于新型检测模式的COFs电化学传感器的研究进展。     

基于聚苯胺纳米纤维复合膜界面构建电化学细胞传感器及其对癌细胞的识别检测

合成了聚苯胺纳米纤维,直径在50～70 nm之间;基于静电作用构建聚苯胺纳米纤维-纳米金复合膜界面,并在此界面上层层组装修饰叶酸分子,构建叶酸功能化传感界面,基于叶酸分子与癌细胞表面过量表达的叶酸受体之间的特异性识别作用,将此传感界面应用于对癌细胞的识别和捕获。结果表明:叶酸功能化传感界面能够特异性识别和捕获叶酸受体过量表达的癌细胞。采用电化学阻抗技术,以HeLa细胞为模型,应用于对癌细胞的识别和检测,细胞在1.0×104～6.4×106cells/mL浓度范围内与阻抗变化值ΔRct呈良好的线性关系;检出限为2000 cells/mL。本方法简单、快速灵敏、重现性和稳定性良好;制备的传感器可以再生使用。     

量子点荧光传感器的设计及应用

量子点(quantum dots,QDs)是一种新型的纳米荧光材料,具有优良的光电性质,已广泛应用于荧光传感及可视化检测,可实现对靶标分子高灵敏、高特异性分析。本文主要论述了量子点的表面化学修饰,以及量子点传感的作用原理,如荧光共振能量转移、电荷转移、直接荧光传感、生物发光共振能量转移、化学发光共振能量转移以及电化学发光,利用这些原理设计出不同的荧光传感器,并应用于不同分子或离子的可视化检测。同时对量子点的荧光传感存在的问题及挑战进行了总结,并提出量子点荧光传感将向生物相容性好、细胞或生物体内实时可视化检测、复杂体系中进行多靶标同时检测以及量子点的逻辑运算等方向发展。