张中海、甘立勇团队制备近红外传感生物传感器获进展
光电化学技术在能量转换和存储方面展现出重要的应用前景，从而在能源和催化领域获得诸多关注。以此同时，该技术在另一个领域的应用也越来越多的得到分析化学家和生物学家的青睐，那就是光电化学生物检测，其表现出背景信号低、检测灵敏度高的优势。那么，有无可能实现光电化学技术应用于活体内生物物质的传感分析呢？近日，华东师范大学的张中海研究员团队和重庆大学甘立勇教授团队合作，通过对生物相容性良好的半导体材料进行体相和表面缺陷调控，制备了具有近红外传感能力的生物传感器，成功开启了光电化学活体生物传感的新模式。
近年来，科学家们发现一些临床疾病与某些生物标志物之间具有密不可分的联系。通过实时监测生物机体内某些生物标志的浓度变化情况可以为某些疾病的早期诊断和治疗提供重要的参考依据。然而，由于生物相容性良好的窄带隙半导体材料的匮乏，典型的光电化学生物传感应用范围仍然局限于紫外光和可见光的辐照，使得具有组织穿透深度深、生物相容性良好和最小光漂白特征的近红外光对深层生物组织的活体检测应用受到了限制。因此，通过对生物相容性良好的半导体材料进行调控，使其具有近红外光捕获能力显得尤为重要。
缺陷调控的二氧化钛光子晶体与金纳米颗粒等离子体耦合的近红外光电化学活体生物传感器弥补了上述缺憾。众所周知，二氧化钛是一种具有良好的稳定性和生物相容性的半导体材料，然而，由于其宽带隙（3.2 eV）使得其只能吸收紫外光，但是由于紫外光的光子具有很高的能量导致其对生物分子有很大破坏作用，使二氧化钛的应用受到了极大的限制。通过DFT理论计算的辅助指导调控二氧化钛光子晶体的体相和表面缺陷态，并辅佐局域表面等离子体共振的金纳米颗粒，实现高效近红外吸收和近红外光电化学响应。与单纯体相缺陷调控相比，进一步调控其表面缺陷后，该体系的近红外光电响应效率提高近200%。通过修饰不同的生物识别单元，可以构建检测不同生物分子的近红外生物传感器。该合作团队以抗生素-四环素为模型，对活体小鼠体内的四环素浓度进行了实时传感，该传感器对实时监测小鼠尾静脉中的四环素浓度具有良好的灵敏度和选择性。该近红外光电化学生物传感器的成功设计和应用为深层活体生物有机体内生物分子的高灵敏、高选择性检测提供了有效的平台和策略。
相关成果发表在Analytical Chemistry 杂志上，第一作者是华东师范大学的付百赫博士。
