[发明专利]一种基于功能化三苯胺染料－TiO2纳米复合物的光电传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于功能三苯胺染料－TiO₂纳米复合物的光电传感器及其在生物小分子光电检测中的应用，是，并以一种具有小分子特异性反应活性的光电识别界面为基础发展的一种光电传感器，进而实现复杂体系中生物小分子的选择性光电检测。 

背景技术

在生物体系中，生物小分子如：生物硫醇、活性氧、一氧化氮、多巴胺等都参与了许多重要的生理反应，其浓度的异常与许多疾病都密切相关。发展高灵敏、高选择性的生物小分子检测方法，靶向生物小分子的原位、在线监测，对于了解生命现象的本质，揭示疾病的发生、发展和寻找疾病控制的有效手段都具有重要的意义。 

目前，色谱－质谱法仍是最常用的检测生物小分子的分析手段。色质联用方法具有分析速度快、分离效能好、灵敏度高以及应用范围广等特点，但其技术含量高、样品预处理烦琐、操作程序相对复杂、仪器价格昂贵，且需要特定的实验条件和专业人员进行操作，不适于对生物样品的在线分析。利用部分生物小分子的氧化还原性质，如生物硫醇可以在金属及碳电极表面直接被氧化生成二硫化物，并产生与其浓度成正比的阳极氧化电流，电化学方法也被广泛地用于生物小分子的测定。相比于色谱法而言，电化学方法灵敏度高、所需设备简单、检测成本低。然而，由于复杂体系中通常共存有种类繁多的氧化还原性物质，以电化学方法很难实现对特定生物小分子的选择性测定。目前，选择性差和电极钝化严重等问题依然是电化学方法在小分子检测中所面临的主要问题。近年来，靶向于生物小分子在线检测的荧光探针技术得到了快速的发展。最近十年，难以计数的性能良好的荧光探针被研发出来，部分探针已经可成功用于活细胞成像，成为目前检测细胞内生物小分子的重要手段之一。然而，如何消除生物基体背景荧光的干扰、提高荧光探针的寿命和激发波长，以及如何 避免检测过程中细胞的光损伤和提高荧光探针在复杂体系中的高选择性识别仍然是荧光探针技术在生物小分子检测中所面临的重大挑战和技术难点。因此，寻找更简单、灵敏、选择性好，可实时监测且成本低廉的生物小分子的分析方法仍是分析化学工作者关注的热点问题。 

光电传感方法是一种利用染料和半导体纳米材料所特有的光电性质，可将染料所吸收的光能转化成电能输出，并根据电信号的变化对被分析组分进行定量测定的新兴分析方法。该方法由于可将激发源与检测源分离，从而可以有效地减小背景干扰，提高检测的灵敏度；此外，该方法还具有电分析方法所特有的成本低、设备简单和探头易于微型化等显著优点，在细胞以及活体在线分析领域都展现出了巨大的应用潜力。传统的光电分析方法在用于生物小分子检测时，通常使用的策略都是利用生物小分子的氧化还原性质(如生物硫醇)，将其作为光电反应的电子给体，通过电子给体对光电流的放大作用进行测定。这种方法灵敏度高，但由于复杂体系中共存的氧化还原性物质比较多，很难实现对目标分子的选择性测定。利用活性染料对生物小分子的特异性反应活性和功能染料与生物小分子反应前后光电流的变化，可以实现生物小分子的选择性测定，同时由于光电分析方法激发源与检测源有效分离的问题，可以避免背景信号的干扰。因此，基于活性染料－TiO₂纳米复合材料光电传感器可同时兼具高灵敏度、高选择性和设备小巧、操作简单等优势。 

发明内容

本发明提供了一种基于功能三苯胺染料－TiO₂纳米复合物的光电传感器，实现了其在复杂体系中对生物小分子的高选择性检测，解决了复杂体系中生物小分子难于检测且选择性差的问题。 

本发明包括两部分核心内容： 

(1)光电传感器功能界面的构建； 

(2)光电传感器在生物小分子硫醇选择性检测中的应用。 

本发明通过以下技术方案来实现： 

一种基于功能三苯胺染料－TiO₂纳米复合物的光电传感器，该光电传感器包括光电极、二氧化钛纳米粒子和功能三苯胺染料；所述的二氧化钛纳米粒子的粒径在100nm以下，经烧结除去有机添加物后通过与松油醇、纤维素混合制成浆料，涂覆于固定于光电极表面，得到具有疏松多孔结构的二氧化钛纳米粒子功能光电界面，通过与羧基的配位作用吸附功能三苯胺染料；所述的功能三苯胺染料主要由三部分组成：电子给体(三苯胺基团)、识别基团(α，β－不饱和酮)和受体(羧基)。