【光電化學（PEC）傳感器】

光電化學（PEC）傳感器是近年來繼電化學、光化學和光學分析法之後新出現並迅速興起的一種檢測方法，其基本原理是待測物質與光電化學活性物質之間發生化學或物理相互作用導致光電流或光電壓發生變化，以實現對待測物的定量測定。光電化學（PEC）傳感器主要用於生物標誌物的檢測（Pardo-Yissar 等人，2003 年；Shu 和 Tang 2019 年）。光對光活性材料（PAM）的影響以及電化學檢測中的響應曲線都是基於PEC系統(Suresh et al., 2019)。光子通過PAM吸收了足夠的能量，因此產生了電子-空穴對。具有光電化學活性的材料通過光電化學過程產生光電響應的機理主要有以下兩種：（１）當在周圍電解質溶液中存在還原性物種時，處於激發態的光電活性物質可以被還原至基態，從而使光電化學過程持續循環進行，進而產生持續光電流；（２）當電子供體或受體作為猝滅分子存在時，在激發態分子與猝滅分子之間會發生電子轉移（ＥＴ），進而發生氧化還原反應或電極表面電子轉出，形成光電流，並使光電材料恢復至基態參與下一次光電響應。

相比於科學家對光電化學傳感器方法學的研究，很少有研究指出可以利用基於電位的光電化學傳感器來作為生物標誌物的檢測，這主要還是因為光敏材料的選擇限制造成的。戴等人報告了電位可尋址光電化學策略作為一種新型的選擇性監測傳感器，並確定兩種前列腺癌生物標誌物（Dai 等人，2016）。在他們的研究中，用聚酰胺改性的雙盤電極 (DDCE) 樹枝狀聚合物 (PAAD) 和立方銳鈦礦、TiO2、介晶(CAM) 被提議作為穩健且高度靈敏的 PEC 傳感系統。兩種光敏劑即殼聚糖 (CS) 功能化碘化銀以及CS-AgI標記了不同的抗體，碳氮化石墨烯(g-C3N4) 塗覆在電極表面，用於檢測兩種（人白細胞介素-6（IL-6）和前列腺特異性抗原（PSA））的關鍵指標。在該傳感器中，選擇g-C3N4 作為陽極光電流和 CS-AgI 作為陰極光電流來改善傳感器的靈敏度，圖 14 顯示了利用該光電化學傳感器來檢測生物標誌物的示意圖。

張群（Zhang etal., 2017）構建了光電化學適配體傳感器，為了實現這一目標，磷酸鉍(BiPO4) 納米粒子 (NPs) 和 BiPO4 還原的氧化石墨烯(rGO) 納米複合材料 (NC) 沉積在氧化銦錫 (ITO) 上用於記錄陽極光電流和陰極光電流，圖15分別描述了光電化學適配體傳感器的整個過程，另外有許多研究報告利用基於電位計的光電化學的傳感器來檢測生物標誌物的文獻，比如檢測生物以及藥用化合物，如鈣，大腸桿菌、肌紅蛋白和心肌肌鈣蛋白 I。（Cao 等人，2020 年；Hua等，2018 年；Hun 等人，2020 年）。光電化學技術作為生物標誌物傳感系統在研究中受到重視，然而，與其他傳統傳感器相比，成本較高以及難以小型化成為該傳感器市場化的主要障礙。

【可穿戴電位生物標記的傳感器】

可穿戴電位傳感器 (WPIS) 代表了不同的電位計生理學和臨床的應用（Bandodkar 等人，2016a；Choi等人，2018b；McCaul 等人，2017）。他們在研究中受到關注，因為他們使用化學、材料和電子特徵，以提供有用的生理學信息。儘管科學家為了開發可穿戴電位傳感器做出了巨大的貢獻，但是在滿足實際的需求方面仍然存在著不小的差距。（Jin 等，2017；Wu 和 Haick，2018）。已經有超過25% 的已發表論文是關於開發可穿戴電化學傳感器領域以及可穿戴電位離子傳感器有相關的。（WPIS）。這也證實了電化學傳感器的確朝著這個方向進行快速的發展（Kim et al，2017; Parrilla et al.，2019a）。WPIS為生物標誌物和 pH 監測開拓了新的發展方向（Cuartero和 Crespo2018 年；Liu 等人，2017 年）。pH 值的監測是一個非常關鍵的因素，包括慢性傷口的管理以及關鍵陽離子的測量。通過檢測陽離子的變化，能夠有利於瞭解以及控制一些疾病，這些疾病包括心臟病和囊性纖維化、低鉀血癥和高鉀血癥以及低鈉血癥和高鈉血癥。在不影響人體的穿戴舒適度的情況下，分析設備可以採用從腕帶到貼片的多種設計。WPIS參與監測包括鈉在內的幾種關鍵生物標誌物和汗液中的鉀。WPIS 可以定義為基於離子選擇性的電化學系統（Hecht 等人，2009 年；Hu 等人，2016 年）。這個系統是一種生物標誌物檢測工具，用於測量生物體的離子活度或濃度。它創建了一個身體在不同配置下的生理活動的完整信息，例如汗帶、紡織品和表皮貼片（圖 12）（Parrilla 等人，2019a)。像所有類型的電位傳感器一樣，電極發揮著在測量系統的響應和效率中起重要作用（Cuartero 等人，2016 年）。電位計中最常用的電極傳感器是金 (Au)、碳基化合物（石墨、納米管或玻璃碳）到聚合物基材（例如，PVC、聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA），聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）），鉑和銀（Bobacka和 Ivaska 2010；Guzinski 等，2017；賈維斯等人，2018 年；Jaworska 等人，2018 年）。另一方面，Ag/AgCl/KClsat是 WPIS 中的常規參比電極。配位聚合物（CPs）和碳納米材料是兩種在 WPIS 中常用的指示電極 (Bandodkar等，2016b；Hernandez 等人，2012 年）。

Parrilla等提出了一種可穿戴的微針貼片，通過電位來檢測組織液中的鉀離子。在不鏽鋼中空微針上塗覆不同種類的塗層，作為微針傳感器的電極。其中塗覆Ag/AgCl的不鏽鋼微針作為參比電極，塗覆碳/功能化的多壁碳納米管(f-MWCNTs) 的微針作為鉀離子選擇電極，並固定在柔性的PDMS襯底上實現可穿戴的效果。對雞和豬皮內鉀離子濃度的測量，活度檢出極限為10–4.9 mol/L，線性範圍為10–4.2–10–1.1 mol/L，證明了微針在體內有良好的應用潛力，同時體外細胞毒性實驗表明，該貼片能夠使用至少24 h，對皮膚沒有任何副作用。（如圖13所示）。

表1總結了近年來關於WPIS的研究成果，WPIS具有以下優點：包括樣品量要求低、小型化、降低成本、多功能性和簡單性等。儘管 WPIS 在快速分析標誌物的應用中越來越廣泛，但它們也存在著一些共同的缺點，比如皮膚汙染、低採樣率以及幹汗等現象依然存在

【分子印跡聚合物系統的傳感器】

分子印跡聚合物（MIP）是人工合成的材料，可模擬生物大分子（例如底物酶或抗原抗體）的分子識別過程。這些仿生材料與電化學技術的結合，可以開發出先進的傳感設備，從而顯著提高裸露或經催化劑改性的傳感器的性能，從而釋放出新的應用前景。

各類電化學儀器由於技術相對成熟、價格低廉而在不同的研究領域得到了廣泛使用，結合分子印跡聚合物特異性識別能力和電化學分析方法靈敏度高、干擾小的優點，基於分子印跡聚合物的電化學仿生傳感器非常有希望也最容易實現大面積的推廣根據電化學分析方法以及所檢測的電信號的不同，電化學仿生傳感 器主要分為電位型、電流型、電容型、阻抗型等等。

分子印跡聚合物（MIP）是由合成聚合物量身定製的，旨在模仿天然生物親和分子的識別特性。MIP結合了與目標有機分子形狀和官能團互補的結合基序，以模擬天然大分子的複雜結合表面。這賦予了選擇性和特異性，並具有人工MIP聚合物穩定性的額外優勢，並且易於適應於製造和創建用於電化學傳感和實驗室外測試的小型親和力界面。它們作為藥物提取和濃縮的穩健吸附劑相的通用功能，可通過活性電化學表面進行有針對性的界面詢問。

Nezha El Bari在這項研究工作中使用分子印跡聚合物（MIP）傳感器和伏安電子舌（VE-舌頭）檢測尿液樣本中的磷酸二苯酯（DPP）。在這方面，首先將金納米顆粒（Au-NPs）和二氧化鈦（TiO 2）設計到絲網印刷的碳電極（SPCE）上。然後，通過在DPP分子作為模板的情況下本體聚合甲基丙烯酸來製造傳感器。為了獲得具有最佳性能的傳感器，對關鍵實驗參數進行了很好的優化。該傳感器在0.1–24.3 ng / mL的範圍內具有良好的線性（R 2 = 0.98），並且靈敏度高（0.141μA/ ng.mL -1）和低檢測限（LOD = 0.063 ng / mL）。而且，獲得了合適的穩定性和選擇性，重現性和重複性分別達到了2.3和3.02％的RSD。對於指甲油使用者尿液樣品中的DPP測定，該傳感器顯示出與分光光度法（RSD≤4％）作為參考方法一致的良好結果。其次，通過VE舌頭結合化學計量學進行定性分析，對指甲油使用者的尿液樣本進行分類。偏最小二乘（PLS）方法提供了從兩個系統數據獲得的具有迴歸係數（R = 0.99）的預測模型。因此，MIP傳感器和VE舌頭可能是用於化妝品應用的可行電化學工具。

收錄於合集 #生物傳感器 25個上一篇基於柔性有機微激光陣列實現光子皮膚功能下一篇基於電位計的生物傳感器進行生物標誌物檢測的研究進展（上篇）