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可再生电化学生物传感器可重复使用降低检测成本

2017.7.27

　　以血糖仪为代表的电化学分析技术是仪器分析的重要组成部分，在临床诊断、环境监测、食品检验等领域发挥着重要作用。近年来，为了应对电化学分析在多样化、动态化、微量化等分析检测方面的迫切需求，国内外的研究工作者针对功能化电极开展了新型电化学传感技术的研究，并且将主要目光集中在构建各种复杂、精致的电极界面。新型纳米材料、分子识别体系、超分子自组装以及信号放大技术在功能化电极中的运用大大提高了电化学分析技术在检测灵敏度、特异性等方面的整体性能，为多种复杂样品中低丰度靶标的检测分析提供了良好的解决方案。然而，在性能提升的同时，电化学分析技术的成本也随之提升，比如功能化界面的不可再生性导致电极只能满足单个样品的测试，难以通过批量化检测来降低成本。

　　为了解决电化学分析技术在电极再生及重复使用等方面的问题，上海大学的李根喜教授、朱小立副研究员等另辟蹊径，通过将传统的功能化电极界面“转移”到磁性纳米颗粒表面，取而代之的是构建具有一定自清洁能力的电极界面。在磁场的控制下，负载着识别元件和靶标物质的磁性纳米颗粒靠近电极并完成检测。他们将磁场反转方向后，磁性纳米颗粒离开电极并完成电极的再生利用。由此，“复杂”的功能化磁性纳米颗粒表面可满足检测性能的需求，而“可再生”的电极界面可满足批量化分析和低成本的需求，从而在这两者之间实现较好的平衡（Sci. Rep., 2014, 4, 4169）。另一方面，普通电极由于存在非特异性吸附和钝化的问题，导致检测信号在经过几个循环后出现大幅度的降低，严重影响了其重复利用。针对这一问题，他们近期通过合成超疏水导电材料（聚二甲基硅氧烷@多壁碳纳米管），并将其修饰到工作电极上，不仅使其继承了多壁碳纳米管良好的导电性，可用于获得电化学信号，而且具有聚二甲基硅氧烷所能提供的超疏水性，使电极具有卓越的自清洁能力。由此构建的自清洁电极结合上述功能化磁性纳米颗粒可完成实际血清样本中肿瘤标志物的连续分析，并且在放置一段时间后不会发生钝化，仍然可以再次使用。该自清洁电极在针对电活性物质如多巴胺等的直接电化学分析时也表现出出色的可再生能力，可连续多次重复测试且不会出现普通电极常遇到的钝化问题。