扫描电化学显微镜及其最新进展

对扫描电化学显微镜技术的基本原理,仪器设备,最新的研究进展和发展展望进行了评述。     

电化学联用技术研究微生物的胞外电子传递机制

胞外电子传递（EET）是指氧化还原反应所产生的电子在微生物细胞内和细胞外的电子受体/电子供体之间互相转移的过程,这一过程伴随着能量和物质的转化。阐明EET机制是提高微生物能量和物质转化效率的基础,为元素的生物地球化学循环、金属防腐以及生物电化学系统的应用等提供理论支撑。电化学技术作为研究电极/溶液界面电子转移的简便、有效方法,在研究微生物的直接电子传递和间接电子传递机制中发挥了重要的作用,也促进了EET机制的研究从宏观层面到微观层面不断深入。本文综述了研究微生物EET机制所涉及的电化学联用技术（包括微电极、扫描电化学显微镜、电化学联用光学显微镜和光谱电化学等）;详细介绍了这些电化学联用技术的功能和优势;重点阐述了这些电化学联用技术如何推动着EET机制的研究,从宏观的生物膜层面到微观的单个微生物细胞、蛋白和分子层面不断深入;展望了新的电化学联用技术在EET研究领域的应用前景。     

扫描电化学显微镜及其在界面电化学研究中的应用

对扫描电化学显微镜(Scanning Electrochemical Microscope，SECM)的发展及其在界面电化学中的研究应用进行了评述。介绍了SECM的工作原理以及常用的操作模式，并对SECM在液／液界面、固／液界面等方面的应用进行了总结。     

扫描电化学显微镜技术近期进展

本文较详细地介绍了扫描电化学显微镜技术的近期进展,引用参考文献77篇。     

扫描电化学显微镜用于研究生物膜微环境的电子传递

生物电化学系统(BESs)的核心是生物膜在电极/溶液界面的电子传递反应,研究生物膜微区环境中的电子传递有助于阐明微生物的胞外电子传递(EET)机制,从而有针对性地提高BESs中的电子转移效率。微生物的EET机制包括直接电子传递和间接电子传递,由于生物膜组成复杂,含有多种分泌物、胞外聚合物等,常规电化学方法只能从生物膜宏观层面研究EET机制,无法有效区分这两种电子传递途径的贡献。本文采用电化学循环伏安方法研究了电子穿梭体二茂铁甲醇(FcMeOH)与希瓦氏菌(Shewanella)相互作用的界面过程;基于扫描电化学显微技术构建了穿透模式,通过微电极介导FcMeOH与Shewanella反应,收集仅来自间接电子传递途径产生的电流,同时测定了Shewanella在电极/溶液界面的氧化还原性质和空间分布。本论文将电化学扫描探针显微技术应用于EET的研究,从物理化学角度揭示微生物在代谢过程中与外界的电子传输机制。     

微生物电化学系统电子中介体

电化学活性微生物与电极之间的胞外电子传递在微生物电化学系统(microbial electrochemical systems,MESs)产能、生物修复等功能的实现中起着关键作用.目前,研究者对微生物胞外电子传递机理了解有限,限制了MESs的应用.相比于需要微生物功能蛋白与电极接触才能发生的直接电子传递,间接电子传递可通过具有可逆氧化还原活性的电子中介体(electron transfer mediators,ETMs)实现电子的传递,从而有效提高微生物胞外电子传递效率.在间接电子转移过程中,ETMs起着中间电子受体和中间电子供体的作用,即被还原后可将电子传递给最终电子受体并被重新还原;理论上每个ETMs分子可以循环数千次,因此ETMs对特定环境下终端氧化物(如铁离子)的循环有着极其显著的作用.本文系统总结了MESs中ETMs及间接电子传递机制近年来的研究进展,并且在此基础上探讨了ETMs在MESs中的研究趋势,以期推动MESs在生物修复、能源生产方面的实际应用.     

扫描电化学显微镜及其在生物分析中的应用研究进展

扫描电化学显微镜(SECM)以其极高的空间分辨率、操作简单、测试样品更接近实际应用情况等特点,近年来逐渐成为生物样品分析中的重要工具,在研究细胞形貌、氧化还原活性、细胞膜上活性位以及跨细胞膜的物质传递方面具有优异的性能。本文介绍了扫描电化学显微镜的工作原理及其在细胞分析、酶分析、DNA分析、抗体抗原分析及微修饰等方面的应用,并展望了该技术未来的发展方向。     

扫描电化学显微镜在生物医学领域的应用研究进展

研究病变细胞和组织的异常表现可为理解重大疾病发生发展的病理机理和新型药物筛选提供重要参考.扫描电化学显微镜(Scanning electrochemical microscopy, SECM)是一种基于电化学原理的扫描探针显微镜,通过记录探针在样品表面扫描时的电流或电位等信息,对活细胞的形态和多种化学信息进行原位、实时...     

扫描电化学显微镜在光电能源研究领域的应用

作为一种扫描探针技术,扫描电化学显微镜(SECM)在金属防腐、材料表征、生物医学和新能源技术等领域的研究中扮演着重要角色。本文简要介绍了SECM的基本工作原理和常用的两种工作模式:反馈模式和收集/产生模式;综述了SECM在太阳能电池和太阳光解水制氢两个光电能源研究领域的应用进展,同时结合课题组的工作基础,特别是近期利用SECM筛选合适金属离子掺杂改性WO₃光阳极的工作,对SECM在筛选半导体电极材料方面的应用特点进行了实例展示介绍,最后简要总结了SECM在光电能源研究领域的发展及方向。     

扫描电化学显微镜在我国金属腐蚀和防护领域的研究进展

金属腐蚀是一种典型的界面电化学反应过程,在金属腐蚀过程中形成的阳极和阴极活性区会导致金属和溶液界面微区的离子浓度发生变化,进而影响金属腐蚀过程的进行.扫描电化学显微镜(scanning electrochemical microscopy, SECM)作为一种扫描探针技术,不但能够表征金属微区腐蚀的物理形貌变化,而且可以记录样品微区的电化学腐蚀过程并探究腐蚀机理,因此在金属腐蚀与防护领域起着重要作用.本综述从回顾我国资深科学家在SECM技术引入中国后所做的与金属腐蚀与防护相关的初始性科学研究入手,首先简要描述了SECM的组成和在金属腐蚀与防护研究领域所应用到的工作模式,进而系统总结评述了我国科研人员近5年利用SECM在金属腐蚀与防护研究方面所作的贡献,最后对SECM在金属腐蚀与防护研究领域面临的挑战进行展望.     

扫描电化学显微镜在电催化表面反应分析中的现代应用

能源和环境问题成为制约未来可持续发展的关键问题之一,因此,针对不同电催化反应设计电催化剂变得越来越重要.电催化剂因其能量效率高、制备简单和易操作等优点,而应用于可再生能源的相关反应(如水分解和人工光合作用)中.明确不同反应电催化剂的设计原理,深入理解其在相关反应中的催化机理,可进一步优化催化剂性能.本文综述了扫描电化学显微镜(SECM)应用于电催化反应的历程、关键方法以及一些代表性的工作,阐明了电催化剂的工作机理以推进电催化剂的设计.本文还介绍了为提高SECM的空间分辨率而尝试的纳米尺寸电极方面的新进展,分享了纳米电极在以前研究无法涉及的单一催化实体方面的应用.     

扫描电化学显微镜研究辣根过氧化物酶催化反应的动力学

本文通过β-环糊精与环氧氯丙烷反应,合成了交联预聚物,进而在酸性条件下与戊二醛和辣根过氧化物酶反应,从而把辣根过氧化物酶固定在所形成的聚合物绝缘体基底上.应用扫描电化学显微镜的反馈模式,研究了辣根过氧化物酶的催化反应动力学.通过对扫描电化学显微镜在酶点上的反馈曲线与理论曲线的拟合,测得了一级反应速率常数,并用此方法研究了pH对反应速率常数的影响.在pH=7.0时,辣根过氧化物酶的活性最高,与文献报道一致,结果满意.     

扫描电化学显微镜直接电沉积法构建葡萄糖氧化酶微米点

利用自制的凹形电极在铂基底电极上直接构建了葡萄糖氧化酶微米点. 首先, 将电聚合和电化学刻蚀法相结合制备了凹形铂微米电极. 然后将此种电极作为参比及辅助电极, 基底铂电极作为工作电极, 利用葡萄糖氧化酶在合适的条件下(浓度、一定量Triton X-100存在、电极电位等)由于电极表面pH的降低可以在铂电极上电沉积这一特性, 将酶固定在铂基底电极上, 微修饰得到了具有活性的葡萄糖氧化酶微米点. 最终用扫描电子显微镜和扫描电化学显微镜对所得微米点进行了表征. 所得微米点直径约20 μm, 且具有催化活性. 该方法简便, 干扰因素较少.     

利用扫描电化学显微镜研究过氧化氢检测中电化学消除抗坏血酸

利用扫描电化学显微镜 (SECM)将微探针定位于宏观金盘基底电极的扩散层内 .通过向基底电极施加适当电位以氧化消除电活性干扰物质 (如抗坏血酸 ) ,提高探针电极检测过氧化氢的选择性 .基于此方法 ,系统研究了探针 -金基底电极间距和电极电位对铂微探针检测过氧化氢选择性的影响 .结果表明 ,当探针 -基底电极间距为 2 2 .6μm ,金基底电极和铂探针电极电位分别为 0 4V和 0 5V时 ,探针电极检测过氧化氢不受抗坏血酸 ( 0 0 5mmol·L-1)的干扰 .此时 ,过氧化氢检测的线性范围为 :4× 10 -5～ 1× 10 -3 mol·L-1.基于实验结果 ,提出了在微型化电化学器件制备过程中设计互相靠近的双工作电极 ,利用电化学法消除电活性干扰物以提高检测选择性的新方法 .     

基于扫描电化学显微镜技术研究细胞实时释放ROS

本研究利用扫描电化学显微镜(SECM)技术考察了十四烷酰佛波醇乙酸酯(PMA)刺激肺癌细胞(A549)活性氧物种(ROS)的实时变化。以过氧化氢(H_2O_2)为目标检测物,获得了细胞氧化应激的电化学响应图像。以氯化六氨基合钌(Ru(NH_3)_6Cl_3)为体系介质,利用电流负反馈技术获得细胞形貌的清晰图像,同时优化获得探针与基底之间的最佳检测距离。将探针电位设定为过氧化氢的还原电位(-0.65 V)时,通过电流成像图可观察到ROS实时释放,实现了A549细胞被PMA即时刺激时ROS释放的实时检测。扩大扫描区域,获得了不同个体细胞ROS释放的SECM图像,实现了SECM对ROS信号的实时捕捉及再现性。结果显示:PMA可破坏细胞含氧物种的动态平衡,诱发细胞产生氧化应激响应。将探针放置在细胞ROS释放位点,检测其电流随时间变化,可观察到电流随时间呈现波动状态,推测ROS的胞外释放是一个动态的脉动过程。     

原子力显微镜及其在电化学和电分析化学中的应用

本文评述了原子力显微镜原理和技术及其在现场电化学和电分析化学领域中的应用，并展望了扫描隧道显微镜和原子力显微镜在电化学和电分析化学中的发展方向。     

电化学原子力显微镜的应用

评述了电化学原子力显微镜的原理和技术及其在现场电化学和电分析化学领域的应用,如观察电镀、腐蚀和防腐的过程,电化学沉积膜的形成和特点,测定两表面间的静电力等,指出其存在的一些缺陷,并对经过改造后的电化学原子力显微镜进行了综述。     

用于生物电化学系统的石墨烯电极新进展

可持续社会的发展需要成本低, 并从废物或废水中提取能源或将能源转化为产品的环境友好技术. 近年兴起的生物电化学系统(BESs)利用微生物催化不同电化学反应, 是将废物或废水中能量转化为电能等多种产品的发展前景广阔的新技术. 当有关反应的吉布斯自由能小于零, 系统输出电能, 此时的BESs即为微生物燃料电池(MFCs); 相反, 若反应的吉布斯自由能为正值, 此时的BESs被称为微生物电解电池(MECs). 随着研究工作的不断深入和拓展, BESs的电极性能已成为制约其应用的瓶颈. 石墨烯以其独特的结构和优异的材料性能在BESs领域, 特别是MFCs中得以应用. 本文参考了最新的文献资料, 综述了石墨烯应用于BESs的发展现状, 包括应用于MFCs的石墨烯电极、掺杂石墨烯电极、担载石墨烯电极, 对其在MECs中可能的应用, 以及未来发展趋势予以展望.     

扫描离子电导显微镜的原理及应用

扫描离子电导显微镜(SICM)是一种扫描探针显微技术,通过测定超微玻璃管探针的离子电流,它能够非接触地扫描样品表面,进而研究样品的形貌及性质。SICM具有成像分辨率高、探针易于制备和对被成像物体无损伤等特点,特别适用于研究生理条件下的活体细胞,是一种与扫描电化学显微镜及原子力显微镜互补的扫描探针显微镜技术。SICM能够对软界面及表面,如活细胞表面的显微结构,进行高分辨率成像;并能够与其它技术联用,研究细胞形貌与功能的关系;还能控制沉积特定分子,实现纳米尺度的显微操作与加工。本文对SICM的发展历史、仪器构造、基本原理及应用进行了综述。     

扫描电化学显微镜在水凝胶微孔阵列表征中的新应用

水凝胶微孔阵列是细胞培养的新型基板软材料,其微孔形貌对细胞的行为产生直接的影响.但传统水凝胶微孔阵列形貌的表征手段缺乏在水溶液中原位和可逆表征的能力.本文以水溶液中的氧气为还原电对,应用扫描电化学显微镜(SECM)对水溶液中的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列的形貌进行了原位表征,得到了水凝胶微孔阵列表面的二维孔径和三维形貌信息,开发出采用SECM对水凝胶微孔阵列形貌进行原位、可逆、无损表征及提供三维形貌信息的新方法.