基于光电化学催化的自驱动型生物传感器新原理、新方法研究

生物传感器的研究在临床诊断、社会安全、和环境监测中具有重要的意义。随着分析化学和生命科学的快速发展，以及低碳、环保经济理念的深入，对发展设计节能、绿色的新型生物传感器提出了新挑战。本项目拟针对目前采用生物催化剂的生物传感器，所存在的普遍依赖外部电能输入，以及灵敏性和选择性不高等关键问题，结合光电化学最新研究进展，提出并建立自驱动型生物传感器的新原理和新方法。拟开展的研究内容包括：构筑半导体光催化剂和光敏剂的修饰电极；设计电极界面和电极结构，研究生物分子的光电化学催化氧化过程和电子转移机理；建立以光电化学信号为传感的生物分子测定方法；设计并制备用于高灵敏，高选择性的自驱动型生物传感器的电极。我们预期，本项目的开展，不但可以促进电化学生物传感器领域的发展，也为分析化学和其他相关学科提供有力的研究方法和手段。

本项目提出并建立基于光电化学的自驱动型生物传感器的新原理和新方法,探讨修饰电极制备,光电化学电极材料合成,生物分子的光电化学催化氧化过程和电子转移机理,以及电极界面的构筑等关键科学问题.针对发展新型传感器中关键的电极材料,重点针对TiO2，氧化石墨烯，CuO，La2O3以及氧化钴系列的金属氧化物材料及其复合材料的合成制备，电催化和光电催化性能进行了研究。深入认识各种电极催化材料形貌、结构、组分对其催化性能的影响，并在此基础上研究了部分生物物质的电催化氧化，建立以葡萄糖为模型，新型光电化学传感器和光电化学生物燃料电池。探索了新型光电化学传感器的原理、方法和性能，阐明了其机理，指出了其研究意义和应用范围。首先，对TiO2半导体催化剂，仔细研究了其晶格类型，掺杂组分，材料形貌结构对其电催化和光电催化的影响，据此成功构建了系列传感方法，探讨了其原理和应用。其次，对石墨烯基材料的电化学和半导体电化学性能进行了研究，阐述了氧化石墨烯材料的表面官能团对其电性能的影响，研究了石墨烯复合材料的制备，及其在电催化和生物传感方面的应用。最后，开展了对具有半导体性质的系列金属氧化物如CuO，La2O3，Co2O3以及MoS2等材料的研究，对材料制备方法，材料形貌结构调控，以及其电催化和光电催化性能进行了研究。通过上述的研究工作，我们初步建立新型光电化学传感器的原理和方法，设计并制备用于灵敏，耐用的生物传感电极。本项目的开展，为发展电化学生物传感器，以及实现分析化学和其他相关学科交叉提供提供了新思路。