[发明专利]微电极光电化学传感器及其制备方法与应用

说明书

本发明属于光电化学技术领域，公开了一种微电极光电化学传感器及其制备方法与应用，微电极光电化学传感器包括金属微纳米电极，金属微纳米电极外层为玻璃毛细管，金属微纳米电极尖端端部电沉积有金属氧化物半导体薄层，金属氧化物半导体薄层尖端端部键合有有机光电分子层；其制备方法为将金属丝固定于毛细玻璃管内，经拉制、电沉积、热处理、硅烷偶联处理、键合等步骤，即得微电极光电化学传感器。本发明实现了对生物微环境中活性氧物种的原位实时高选择性检测，防止了生物分子的非特异性吸附，有效避免了其它活性物质的干扰。本发明的制备方法适用于制备微电极光电化学传感器，所制的微电极光电化学传感器适用于检测生物活性氧物种。

技术领域

本发明属于光电化学技术领域，涉及一种传感器，具体地说是一种微电极光电化学传感器及其制备方法与应用。

背景技术

生物活性氧物种(ROS)，包括单线态氧、过氧化氢、羟基自由基、超氧自由基、氢过氧自由基、次氯酸等，在生物体内发挥着重要的作用，如参与许多生物信号的传导及炎症反应，但活性氧物种的过量生产会氧化破坏多种生物功能分子(如核酸、碳水化合物、脂质和蛋白质等)，导致分子和细胞功能丧失，此外，活性氧物种的含量还与多种疾病(如阿尔茨海默氏病(AD)、癌症、糖尿病、心脏病、心血管疾病等)密切相关。但是，在一些特殊的治疗方式中，如光动力治疗(PDT)、化学动力学疗法(CDP)等治疗方式，会利用活性氧物种的破坏作用来杀伤病变细胞及组织。由此可见，生物体中活性氧物种的检测具有重要意义，但是活性氧物种的寿命很短且扩散半径小，所以对它的时空分辨检测存在较大的挑战。

现有的活性氧物种检测方法主要有光谱法和基于微电极的电化学方法。光谱法具体包括电子顺磁共振法、瞬态光谱法、荧光成像法等，其中电子顺磁共振法与瞬态光谱法无法实现生物体的原位操作，而荧光成像法存在探针分子扩散而难以实现空间的准确定位。

微电极是指电极的一维尺寸为微米(10^-6m)级至纳米(10^-9m)级的一类电极，当电极的一维尺寸从毫米级降低至微米级时，表现出了许多优良的电化学特征，如极高的稳态电流密度、极短的响应时间、极化电流小、欧姆压降小、传质速度高、信噪比大等，可用于瞬态电极过程、高阻抗电解质体系和流动体系的研究。最近几十年以来，基于微电极的微型传感器逐渐开始成为新兴的电化学测量技术，微电极传感器具有良好的电化学性能和灵敏度高的特点，可以测定微纳米级的物质浓度水平。虽然基于微电极的电化学方法具有上述优势，但现有的微电极在复杂生物环境的检测中还存在诸多问题，如电极表面容易产生非特异性吸附，需要对电极施加偏压，但是施加偏压之后，其它活性物质容易在电极表面发生电子转移而产生较大干扰电流，难以实现不同类型活性氧物种的选择性检测。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种微电极光电化学传感器，实现不同类型活性氧物种的选择性检测；本发明的另一个目的，是要提供上述微电极光电化学传感器的一种制备方法。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方法如下：

一种微电极光电化学传感器的制备方法，按照以下步骤进行：

S1、将金属丝固定于毛细玻璃管内，拉制处理成金属微纳米电极；

S2、在金属微纳米电极尖端端部电沉积金属M，金属M经过氧化或热处理形成金属氧化物半导体薄层，之后采用3-氨丙基三乙氧基硅烷将金属氧化物半导体薄层表面进行硅烷偶联处理，即得微电极基底；

S3、微电极基底通过酰胺键与有机光电分子结合即得微电极光电化学传感器。

作为限定：所述金属丝材料为铂或金，金属丝直径为20～50微米，毛细玻璃管的材料为石英或硼硅酸盐，毛细玻璃管的内径为0.2～1毫米，金属微纳米电极的直径为0.2～10微米。

作为进一步限定：所述金属M为钛、铁、锡、镉、铬、铝中的一种，金属氧化物半导体薄层厚度为0.1～2微米。