《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！     

电位调控电解质迁移过程的ToF-SIMS可视化研究

电子转移过程是电化学反应的核心,而构成电极反应的前提则是电活性物质在电极表面的迁移扩散.对电位调控下电解质迁移过程的观测,有助于对电极表面电化学反应机理进行更加深入的理解.以氯化钾溶液在金电极表面的迁移过程为研究模型,通过制备可用于高真空环境中的微流控电化学池,实现液体电化学飞行时间-二次离子质谱（ToF-SIMS）联用,用于氯化钾溶液在不同电极电位条件下迁移过程的实时监测.通过化学成像呈现不同电位下氯化钾溶液在金电极附近的分布情况,观测到K⁺与H⁺（H₂O）_n在施加-0.30 V电压后,在电极附近存在聚集,施加0.70 V电压后,电极附近处,两物种浓度明显降低.通过液体电化学ToF-SIMS联用,可实现电极调控作用下电解质迁移过程的原位监测,展现了带电粒子在电场作用下的宏观迁移过程,为电极-电解质界面的原位实时监测提供可视化的研究手段.     

可穿戴电化学传感器件的研制及其应用

可穿戴电化学传感器件是一种可直接穿戴在身体特定部位、甚至植入用户体内的柔性电化学传感器。其具有简易性、便携性、灵活性等特点,可实时电化学监测与跟踪分析待测物,被广泛用于医疗保健、人体健康和环境监测等领域。该综述概括了可穿戴电化学传感器件的硬件设计与研制,及其在汗液检测、神经化学监测、现场分析检测（POCT）中的应用,总结和展望了可穿戴电化学传感器件的未来发展趋势,以期为可穿戴电化学传感领域的进一步发展提供参考。     

基于共价有机框架材料的纳米体系在生物医学中的应用

共价有机框架(Covalent organic frameworks, COFs)材料是通过动态共价化学法合成的一种高度有序的多孔晶态有机聚合物。COFs材料具有密度低、比表面积大、孔隙度可调、合成路线简单多样、功能单元和结构可设计、表面及孔道易功能化、物理化学稳定性高等主要特征,在分子吸附与分离、储能、光电、传感、催化、色谱材料、水处理材料和生物医学等方面受到了广泛关注。本文重点综述近年来基于COFs材料的体系在生物检测和成像、药物输送、光学治疗和联合治疗等生物医学领域的研究进展,并总结了目前COFs材料在生物医学领域所面临的挑战和未来的发展机遇。     

大气颗粒物中有害成分的吸入生物可给性研究

大气颗粒物(Atmospheric particulate matter, APM)中负载的有毒元素和有机污染物等有害成分通过吸入暴露进入人体内,会给人体健康带来潜在的危害。APM中能被人体吸收的有害成分的浓度,而不是有害成分总浓度,更能科学地反映APM中有害成分的危害。为了简便、快速地分析APM中有害成分的生物可给态浓度(Bioaccessible concentration),研究者相继提出多种吸入生物可给性方法(Inhalation bioaccessibility procedure, IBAcP)评估APM中有害成分的吸入生物可给性(Inhalation bioaccessibility, IBAc)。本文综述了APM吸入暴露中有毒元素和有机污染物等吸入生物可给性研究进展,探讨了目前IBAcP存在的问题,并展望了未来研究方向。     

双极纳米电极阵列实现单个铂纳米颗粒上氢气析出反应的电致化学发光成像

本文制备了嵌于多孔阳极氧化铝（AAO）膜中直径为200 nm,间距为450 nm的高密度（5.7 × 10⁸ cm^-2）的金纳米电极阵列,纳米电极分布规则,尺寸高度均一。我们将该金纳米电极阵列作为双极电极阵列,可将电极一侧的电化学法拉第信号在另一侧电极上转化成电致化学发光（ECL）信号,从而实现对单个铂纳米颗粒上氢气析出反应（HER）进行亚微米空间分辨率的电化学成像。本文介绍的方法为高空间分辨率成像电催化材料、能源材料以及细胞过程的局部电化学活性提供了一个良好的平台。     

缓冲盐类型和离子对试剂非对离子对强离解酸性化合物离子对反相液相色谱保留行为的影响

在离子对反相液相色谱(IP-RPLC)分析中,溶质保留受对离子(counter ion)的影响比较受人关注,但鲜有研究流动相中缓冲盐类型和离子对试剂中非对离子(non-counter ion)对溶质保留行为的影响。鉴于此,该文以14种磺酸化合物为研究对象,甲醇为有机调节剂,分别考察了3种缓冲盐体系(磷酸二氢铵、氯化铵和乙酸铵)和5种离子对试剂体系(四丁基溴化铵、四丁基磷酸二氢铵、四丁基硫酸氢铵、四丁基硝酸铵和四丁基乙酸铵)下强离解酸性化合物的IP-RPLC保留行为,通过比较不同流动相条件下得到的溶质log k_w(100%水相作流动相时的保留因子)、S(线型溶剂强度模型线性回归得到的常数),以及CHI(色谱疏水指数,log k_w/S),寻找保留行为规律。研究表明,流动相中的缓冲盐类型和离子对试剂非对离子均会影响化合物的log k_w和S值,所有化合物在氯化铵缓冲盐体系下具有最大的log k_w值。相对于无机阴离子,离子对试剂中弱离解性有机阴离子(乙酸根)的存在有利于增加磺酸化合物的S值。通过对比不同条件下的保留行为,推测磺酸化合物的IP-RPLC保留机理中同时存在着离子对模型和动态离子交换模型。与log k_w和S值不同,化合物的CHI值受缓冲盐类型以及离子对试剂非对离子的影响较弱。此外,研究发现化合物的表观正辛醇/水分配系数(log D)与log k_w、S、CHI之间均具有良好的线性相关性。不同缓冲溶液和不同离子对试剂非对离子条件下获得的log k_w和S值存在着一定的差异,而CHI值相对稳定,因此,CHI更适用于IP-RPLC中定量结构-保留行为关系模型的建立。     

基于氧化铒石墨烯氧化物复合纳米材料的葡萄糖氧化酶直接电化学性能及对葡萄糖的检测

将稀土纳米材料Er₂O₃用于构建葡萄糖生物传感器。Er₂O₃和氧化石墨烯形成复合基底,将葡萄糖氧化酶（GOD）固载在玻碳电极表面。首先利用SEM和XRD技术对所制备的Er₂O₃和氧化石墨烯纳米材料进行表征。利用EIS和CV对整个生物传感器制备过程进行表征。Er₂O₃的存在能有效地保持GOD的生物活性并加速其与电极之间的电子传递。由于Er₂O₃和氧化石墨烯之间的协同效应,使得制备的传感器在CV图中呈现一对明显的氧化还原峰,证实GOD和电极之间的直接电子传递性能。当用于对葡萄糖的电催化氧化时,传感器的CV响应随着葡萄糖浓度的增加而变弱。在葡萄糖浓度为1~10 mmol·L^-1范围内,CV响应值与葡萄糖浓度成线性关系。此外,传感器具有好的稳定性和重现性。     

浅谈纳米酶的高效设计策略

作为纳米尺度的新效应,纳米酶因其优异的材料性能和酶学特性引起了研究人员的广泛关注,并在分析检测、疾病诊断治疗、环境监测保护等领域展现出独特的魅力。然而,在过去的几十年中,受限于纳米材料复杂组分和模糊的催化位点等,如何高效设计纳米酶一直是纳米酶领域亟待解决的关键问题之一。本文综述了目前纳米酶高效设计的几种策略,如高通量计算筛选、理性设计和仿生设计,并重点阐述了金属有机框架仿生设计中构效关系的研究。最后,对纳米酶高效设计的未来发展进行了展望。