可再生電化學生物傳感器可重復使用 降低檢測成本
以血糖儀為代表的電化學分析技術是儀器分析的重要組成部分，在臨床診斷、環境監測、食品檢驗等領域發揮著重要作用。近年來，為了應對電化學分析在多樣化、動態化、微量化等分析檢測方面的迫切需求，國內外的研究工作者針對功能化電極開展了新型電化學傳感技術的研究，并且將主要目光集中在構建各種復雜、精致的電極界面。新型納米材料、分子識別體系、超分子自組裝以及信號放大技術在功能化電極中的運用大大提高了電化學分析技術在檢測靈敏度、特異性等方面的整體性能，為多種復雜樣品中低豐度靶標的檢測分析提供了良好的解決方案。然而，在性能提升的同時，電化學分析技術的成本也隨之提升，比如功能化界面的不可再生性導致電極只能滿足單個樣品的測試，難以通過批量化檢測來降低成本。
為了解決電化學分析技術在電極再生及重復使用等方面的問題，上海大學的李根喜教授、朱小立副研究員等另辟蹊徑，通過將傳統的功能化電極界面“轉移”到磁性納米顆粒表面，取而代之的是構建具有一定自清潔能力的電極界面。在磁場的控制下，負載著識別元件和靶標物質的磁性納米顆粒靠近電極并完成檢測。他們將磁場反轉方向后，磁性納米顆粒離開電極并完成電極的再生利用。由此，“復雜”的功能化磁性納米顆粒表面可滿足檢測性能的需求，而“可再生”的電極界面可滿足批量化分析和低成本的需求，從而在這兩者之間實現較好的平衡（Sci. Rep., 2014, 4, 4169）。另一方面，普通電極由于存在非特異性吸附和鈍化的問題，導致檢測信號在經過幾個循環后出現大幅度的降低，嚴重影響了其重復利用。針對這一問題，他們近期通過合成超疏水導電材料（聚二甲基硅氧烷@多壁碳納米管），并將其修飾到工作電極上，不僅使其繼承了多壁碳納米管良好的導電性，可用于獲得電化學信號，而且具有聚二甲基硅氧烷所能提供的超疏水性，使電極具有卓越的自清潔能力。由此構建的自清潔電極結合上述功能化磁性納米顆粒可完成實際血清樣本中腫瘤標志物的連續分析，并且在放置一段時間后不會發生鈍化，仍然可以再次使用。該自清潔電極在針對電活性物質如多巴胺等的直接電化學分析時也表現出出色的可再生能力，可連續多次重復測試且不會出現普通電極常遇到的鈍化問題。
圖1. （A）自清潔電極的構建過程；（B）多壁碳納米管和聚二甲基硅氧烷@多壁碳納米管的電鏡照片；（C）各自功能化電極后的超疏水性；（D）（E）功能化磁性納米顆粒以及磁控移動平臺構建的示意圖
圖2. （A）磁性電極；（B）3X4電解池批量連續檢測；（C）自清潔電極分別靜置1、7、30天后用于健康人和癌癥患者血液中CEA含量的連續檢測
上述成果發表在Analytical Chemistry 上，為推動高性能的電化學分析技術在疾病標志物檢測等方面的實際應用提供了新的途徑。
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