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电偏置相敏成像传感器研究进展
作者:牛宇      发布时间:2016-07-25       打印                【关闭】

电偏置相敏成像传感器是一种将电化学和椭偏光学方法复合而成的表面表征手段,能够实时原位探测固液界面处发生电子交换时固相表面的变化。应用该传感器时,通常需要对界面处施加一外部电势,但是,该电势会改变固相表面的性质,进而影响传感器的响应。针对这一问题,由中国科学院力学研究所纳米生物光学课题组和葡萄牙里斯本大学化学和生物化学系组成的联合团队研究了外部电势对固相表面的影响,发现了该传感器对外部电势的定量响应关系,相关成果在218日在线发表于美国化学学会刊物分析化学杂志(Liu, et al, Anal. Chem. 88: 3211)。 

电偏置相敏成像传感器可以在固相表面施加不同电化学条件,同时以偏振光波为探测光照射该表面。在全内反射模式下,入射光波在固相表面上发生全反射,此时固相表面会对入射光波进行调制,进而引起反射光偏振态的改变。通过比较光波偏振态的改变,便能推导出固相表面的微小变化,实现对界面处厚度仅为亚纳米量级的超薄膜层的测量。目前,该传感器已经成功用于固液界面处分子吸附与脱吸附过程的实时原位监测。在固液界面处,由于两相电势的不同,会形成自发电势。施加电势后,界面电荷平衡被打破,界面处的电势会发生变化;另一方面,分子吸附与脱吸附行为也会影响界面处的自发电势并导致固相表面性质的改变。因此,为了准确地监测分子在固相表面上的吸附和脱吸附行为,就必须去除外加电势对固相表面的影响。 

中国科学院力学研究所纳米生物光学课题组刘巍博士生和牛宇副研究员利用电偏置相敏成像传感器研究了电势对固相表面的作用,证明了固液界面处电势的变化不仅会引起界面附近液相折射率的改变,还会调制固相表面的复折射率,而这些改变对于该传感器的影响是不可忽略的,特别是针对痕量小分子的探测,得出了外部电势与传感器信号的定量响应关系。通过理论计算辅助引入参考信号的方法,能够有效剔除电势扰动的影响。该成果对电偏置相敏成像传感器的应用具有重要的指导意义。 

上述研究获得了科技部“973”项目“超灵敏微纳生物化学传感器集成自治系统基础研究(2015CB352100)”和科技部国际合作专项“检测肿瘤标志物和生物需氧量的新型改性表面的合作研究(2015DFG32390)”等支持,由中国科学院力学研究所纳米生物光学课题组靳刚研究员主持完成。 

 

  电偏置相敏成像传感器示意图 

 

  电偏置相敏成像传感器对外加电势的响应

NML供稿 

 
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