生命信息分子是調(diào)控人體生命活動的一類重要物質(zhì),高靈敏地檢測這些分子有助于揭示生命系統(tǒng)中的一些規(guī)律,從而對許多人類疾病的早期發(fā)現(xiàn)和診療具有重要意義。因此,亟待需求一種便攜、快速且特異性好的檢測方法。光電化學（PEC）是一門光化學和電化學相結(jié)合的技術(shù),具有低成本、易操作、高靈敏度等特點。光電化學過程是指在光照條件下,半導體、有機染料、量子點等光電活性材料因吸收光子使電子受激發(fā),引起電荷分離或電荷轉(zhuǎn)移,形成光電流,從而實現(xiàn)光能和電能之間的轉(zhuǎn)換。目前,以SnO₂為代表的寬禁帶半導體材料在光電化學領(lǐng)域的應(yīng)用仍是國內(nèi)外研究的熱點。因為SnO₂與TiO₂等材料在光降解有機污染物、光解水制氫、光電化學傳感器等方面,表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。但SnO₂帶隙寬（E_g=3.6 eV）,只能吸收太陽光中占比5%左右的紫外線,這很大程度限制了對太陽能的利用。另外一個限制SnO₂廣泛應(yīng)用的原因是其光生載流子的復合能力較強,這大大縮短了光生電子的壽命,降低了光電轉(zhuǎn)換效率。針對這些問題,本課題利... 

【文章來源】：上海師范大學上海市

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

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PEC生物檢測的通用儀器及工作原理[23]

最廣泛和深入的一類光電材料。無機納米材料作為形貌及尺寸均可控的光電轉(zhuǎn)換物質(zhì)，一般具有比較寬的激發(fā)光譜、優(yōu)異的光學穩(wěn)定性以及可調(diào)的發(fā)射光譜范圍。由于量子限域效應(yīng)的存在，無機納米材料比塊狀材料具有更優(yōu)異的光電化學活性。光電轉(zhuǎn)化的基本原理是，在光照條件下，半導體價帶(VB)中的電子獲得足夠的能量，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，由于激發(fā)態(tài)的電子非常不穩(wěn)定，可以直接或者間接地轉(zhuǎn)移到適合能級的導帶(CB)上，從而產(chǎn)生光電流，實現(xiàn)將光能轉(zhuǎn)化成電能的過程。常見的無機半導體材料有SnO2、TiO2、BiVO4、WO3、CdS和ZnO等。圖1-2(A)珊瑚狀g-C3N4納米結(jié)構(gòu)；(B)WO3納米薄片；(C)銳鈦礦型TiO2-金紅石型TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖[26,27,28]如圖1-2A，提出了一種在新型的珊瑚狀g-C3N4納米結(jié)構(gòu)構(gòu)建PEC傳感平臺，此結(jié)構(gòu)具有獨特的納米結(jié)構(gòu)，如交錯的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和開放邊界，不僅有效抑制了光生電子-空穴的重組，而且可以更多地固定捕獲抗體。由此提高抗原-抗體結(jié)合效率，增強光電流響應(yīng)，在甲硝唑(MNZ)測定中顯示出優(yōu)異的性能。圖1-2B中，在弱酸性條件下通過同時進行溶液蝕刻和還原工藝，制備了二維WO3納米片，所獲得的納米薄片表面粗糙，展現(xiàn)出較大的的光電流密度。電化學阻抗譜測量和密度泛函理論計算表明，歸因于蝕刻和還原的協(xié)同效應(yīng)，增加了載流子密度。圖1-2C中，設(shè)計并制備了銳鈦礦型TiO2-金紅石型TiO2混合可以大大改善光催化性能，金紅石納米線的起始電勢和光電流密度增強，而銳鈦礦薄膜獲得了強的負性能。通過光電響應(yīng)、光吸收和反射以及電化學阻抗研究揭示了相序在提高TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)PEC光陽極性能中的重要作用[26,27,28]。

?至最低空軌道(LUMO)，從而產(chǎn)生電子-空穴對，發(fā)生電荷分離過程。通常，這些材料包括聯(lián)吡啶釕配合物、偶氮染料、金屬有機配合物、卟啉以及聚(噻吩)及其衍生物等。其中，有機金屬配合物是一類具有一定離域電子系統(tǒng)配體和一定光電活性的金屬離子的材料，可以作為光電化學傳感器的基底材料�；跇渫粻罘肿印щ娋酆衔锖头肿佑≯E聚合物的高分子納米材料具有高靈敏度和選擇性的特征，已被廣泛應(yīng)用于DNA、酶、蛋白質(zhì)、抗原和代謝物的檢測。Hou等人合成了獨特的具有二茂鐵配體的鈦氧羰基簇，并通過單晶X射線分析對其進行了表征(圖1-3)。六個二茂鐵羧酸鹽與D3dTi6O6核心配位，形成氧化還原活性簇[Ti6O6(OiPr)6(O2CFc)6]。通過循環(huán)伏安法研究，表明化合物中的六個二茂鐵(Fc)在結(jié)構(gòu)上相同，在二氯甲烷中E1/2=0.62V處產(chǎn)生主氧化還原峰。電子光譜和理論計算表明，化合物中產(chǎn)生了從Fc到Ti(IV)的電荷轉(zhuǎn)移，二茂鐵的存在可使體系發(fā)生有效的電子激發(fā)和電荷分離，這是TiO簇和氧化還原活性二茂鐵協(xié)同作用的結(jié)果。利用該電極測試了葡萄糖、果糖、麥芽糖和蔗糖四種糖的光電流響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)只有還原糖具有響應(yīng)性[29]。圖1-3(A)[Ti6O6(OiPr)6(O2CFc)6]的理論結(jié)構(gòu)模型；(B)光電響應(yīng)機理示意圖[29]Zhou等人通過將陽離子(芴-亞苯基)導電聚合物(PFP)和類囊體固定到電極上，設(shè)計了一種混合生物光電化學系統(tǒng)。PFP在提高體系的光能轉(zhuǎn)換效率方面起著關(guān)鍵作用。PFP帶正電的側(cè)鏈通過靜電作用與內(nèi)囊體有效結(jié)合，改善了與電極的界面接觸。此外，PFP的氧化還原電位與電子傳輸鏈中蛋白質(zhì)復合物的氧化還原電位非常匹配，這有助于電子從類囊體轉(zhuǎn)移到電極。這種組合使電解水的效率提高了200%，在白光照射下(350-800nm,50mW·cm-2)，PFP/類囊體電極的光電流密度，與純類囊體電極相比提高了?

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3300131