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lhw7962

金虫 (职业作家)

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[交流] 【专题】纳米微电极已有2人参与

纳米微电极及其应用
纳米微电极是电化学研究中发展起来的一个新领域，有许多优良的特向，如高传质速率、小时间常数、高信噪比、高电流密度等。随着纳米材料，尤其是纳米线制备方法的研究进展，以及实验仪器性能的提高，近些年纳米微电极已逐渐引起许多科学家的关注，并且在纳米生物传感器、单细胞分析、微量、痕量检测、电化学动力学研究、电催化反应电极材料等众多领域显示出巨大的应用潜力。
纳米微电极的制作方法比较复杂，主要有：纳米压印起离法、等离子轰击法、刻蚀涂层法以及模板法等。
纳米微电极的应用主要体现在以下几个方面：
1. 纳米传感器  利用纳米微电极为基体制作纳米传感器，非常有利于实现传感器微型化、集成化，便于进行在体内连续监控、活体细胞检测、临床疾病诊断、药理研究等，可以为细胞工程、蛋白质工程、酶工程等研究提供新的工具和手段。中科院上海物理研究所研制出一种高灵敏、高特异性的电化学DNA纳米生物传感器。它能检测到约2万个DNA分子，检测灵敏度达10 fmol/L。
2.修饰纳米微电极  对于不易发生氧化还原反应的物质，可以通过在纳米微电极表面修饰功能性物质制成修饰纳米微电极，并利用此电极对相关物质进行电化学方面的研究和分析。
3.单细胞分析  细胞作为有机体结构与生命活动的最基本单位，其体积小（直径10~30 um）、组分复杂、欲测定的物质又是微量或是痕量（10 -15~10 -20 mol/L）、细胞内生化反应的时间通常是 ms级。而纳米微电极具有高选择性、高灵敏度、快速的响应时间和超小体积的特点，适于对单个细胞中的组分进行分析，监测单细胞内物质的动态化学变化，还可以深入到细胞突触间隙或就单个囊泡进行研究。
4.单分子检测  它是研究单分子反应的基础，并可借此得到细胞发生癌变的信息。
5.成像探针  尖端直径达纳米级的电极用于扫描电化学显微镜（SECM）及扫描隧道显微镜（STM）的探针，可使STM在含有多种电解质的溶液中成像。该电极具有不受对流影响的优点，在流动分析中具有很大的优势。
6.电化学动力学参数的测定  由于一些快速反应的异相传输常数太大，用常规的方法不易测量，而纳米微电极的半径极小、传质速率极高，利用纳米微电极可以用于超快速电子转移动力学的研究。
7.伏安检测  当纳米阵列电极处于极限线性扩散情况时，信噪比要比常规电极高几个数量级，而信噪比的提高意味着检测限的降低。利用10~30 nm的金纳米盘阵列电极对电活性物质的循环伏安检测限比常规电极低3个数量级。另外，纳米阵列电极与高效液相色谱（HPLC）和流动注射分析（FIA）等技术的结合在微量物质的检测上具有很大的优势。
8.电催化反应的电极材料  纳米微阵列电极与常规电极相比，具有显著的表面效应，表面结合能增大，表面活性中心数目增多，所以纳米微阵列电极相对块体电极具有较高的电催化活性。
尽管纳米微电极的应用非常广泛，由于纳米物质的特殊性质，在纳米微电极的研究中，有可能遇到难以用经典的电化学理论解释的现象，但它作为纳米电化学的基础研究和应用研究提供实验基地，并促进纳米电化学这一新的研究领域快速发展。另外，纳米阵列电极的潜在应用领域十分广阔，如活体检测、流动分析、电化学控制的给药系统等，这些都还有待于人们的进一步研究。

小知识：
传感器（sensor）是指能感受特定的检测对象，并按照一定的规律转换成可输出信号（通常为电信号或光信号）的器件或装置。传感器的主要特征是集分离、鉴定为一体，可以实现集成化、自动化、器件化、微型化并实现在线或在体分析。
传感器通常由敏感（识别）元件、转换元件、信号处理单元及相应附件组成。
传感器的基本原理可概括为“感”与“传”。“感”可分为表面吸附、界面电位和分子识别三类。其中表面吸附以物理作用为主，界面电位以化学作用为主，分子识别以生化作用为主。生物传感器往往是有几种作用同时并存并相互配合而构成的。

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