下载文档原格式
光电化学生物传感器研究任伟;李静【摘要】光电化学法是在光照射下,将化学能转换为电能的低成本方法.而光电化学生物传感技术由于具有通过生物分子氧化产生的光电流来检测生物分子的能力而引起了广泛的关注.光电化学生物传感器具有低成本、高灵敏度、高特异性、仪器操作简单以及检测背景信号低等特点,在免疫检测和生物技术等重要领域具有广泛应用前景.近年来,对于光电化学生物传感器性能和检测方法的研究也取得了颇丰的成果.本文主要介绍光电化学生物传感器的概念及基本原理、分类应用及对其未来的展望.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】9页(P58-66)【关键词】光电化学;生物传感器;免疫检测【作者】任伟;李静【作者单位】吉林建筑大学,吉林长春 130118;吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室,吉林长春 130012【正文语种】中文【中图分类】O657.11 引言随着社会的迅速发展，人类的健康问题也越来越受到关注。
2018年6月6日世界卫生组织(WHO)发布了《2018世界卫生统计报告》(World Health Statistic 2018)，其中，在由于非传染性疾病导致死亡的案例中，恶性肿瘤以27%的比例成为最主要致死的病因。
近年来，恶性肿瘤俨然已经成为威胁全民健康的头号杀手。
然而，癌症并不等于死亡，治疗癌症的关键就在于发现早期肿瘤，主要途径有两个：一是通过早期肿瘤标志物的异常检测；二是找到合适的快速准确检测方法[1-4]。
与此同时，光电化学生物传感器迅速兴起，并因其独特的优点成为一种备受瞩目的新型生物传感器[5-7]。
光电化学生物传感器的出现，更能够实现将不能直接观察的早期肿瘤标志物的异常变化通过可见信号展现在计算机上，从而实现有效监测甚至诊断早期癌症的可能[8]。
1962年，英国科学家Clark等[9]提出将生物分子和传感器结合的设想，为生命科学研究开辟了新的道路。
化学传感器技术在现代科技发展的浪潮下，化学传感器技术作为一项重要的研究领域，在各行各业得到了广泛应用。
化学传感器技术以其灵敏度高、响应速度快、操作简便等特点，为我们解决许多实际问题提供了有效的手段。
本文将介绍化学传感器技术的原理、分类以及其应用领域。
一、化学传感器技术的原理化学传感器技术是利用感光材料对目标物质的选择性敏感性实现对目标物质的检测和测量。
它主要依靠感光材料与目标物质发生化学反应或物理变化，并利用这些变化导致的光学、电学、热学等信号来实现目标物质的检测和测量。
化学传感器技术的实现离不开传感层和转换器两个组成部分。
传感层是化学传感器技术的核心部分，其材料特性决定了化学传感器的灵敏度和选择性。
常见的传感层材料包括阻抗传感层、荧光传感层、电化学传感层等。
这些传感层材料对于目标物质有一定的选择性，能够与目标物质发生特定的相互作用。
转换器是化学传感器技术的关键部分，能够将感光材料与目标物质发生的相互作用转化为可测量的信号。
常见的转换器包括光电转换器、电化学转换器、热学转换器等。
这些转换器能够将感光材料与目标物质的反应转化为光学信号、电学信号或热学信号，进而实现目标物质的检测和测量。
二、化学传感器技术的分类根据检测原理的不同，化学传感器技术可以分为光学传感器、电化学传感器、电导传感器等多种类型。
以下将对这三种类型进行简要介绍。
1. 光学传感器光学传感器是利用感光材料的吸收、荧光、散射等光学特性来实现目标物质的检测和测量。
常见的光学传感器包括吸收光谱传感器、荧光光谱传感器等。
吸收光谱传感器通过测量被测物质在特定波长的光线的吸收程度来判断其浓度；荧光光谱传感器则通过测量被测物质发出的荧光强度来判断其浓度。
2. 电化学传感器电化学传感器是利用感光材料与目标物质的电化学反应来实现目标物质的检测和测量。
常见的电化学传感器包括离子选择性电极、氧气传感器等。
离子选择性电极通过感光材料与目标物质之间的离子交换反应来实现目标物质的测量；氧气传感器则通过感光材料与氧气之间的氧化还原反应来实现氧气的测量。
化学传感器原理及其应用化学传感器是一种可检测化学物质浓度的装置，根据检测原理的不同，化学传感器可分为电化学传感器、光化学传感器、晶体传感器、荧光传感器等几类。
这些传感器都有一个共同的特点：具有高选择性、高灵敏度和高响应速度。
随着科技的不断进步，化学传感器已经广泛应用于环境监测、生物医学、食品安全、工业生产等领域，成为科技进步的重要组成部分。
一、化学传感器的基本原理化学传感器的基本原理是通过化学反应将目标物转化为一种可测量的信号，然后通过一种特定的传感器对其进行感应，进而得到目标物浓度的信息。
电化学传感器通过电信号检测化学反应的电化学变化，光化学传感器通过光信号检测化学反应的光学变化，晶体传感器则利用晶体的晶格结构的变化来感受目标物，荧光传感器则通过荧光信号检测化学反应的荧光变化。
无论哪种化学传感器，都需要通过高度特异的化学反应，将目标物转化为特定的信号，然后将信号与目标物浓度建立定量关系，实现测量。
二、化学传感器的应用1.环境监测化学传感器在环境监测方面具有重要应用价值，如大气污染、水质污染等检测，因其快速、准确的检测性能，极大地提高了环境监测的效率和精度。
例如，电化学传感器可以检测大气中的氧气、二氧化碳等气体，光化学传感器可以检测水中有毒物质的浓度，荧光传感器可以检测生物标记物或污染物等物质。
2.生物医学生物医学方面是化学传感器应用的热点之一，如血糖检测，氧合度检测，免疫组织学等。
电化学传感器可用于血糖检测、药物检测等，荧光传感器可用于生物标记物的检测。
3.食品安全食品安全是社会关注的问题。
化学传感器的出现大大提高了食品安全检测的效率和准确度，如检测废油、农药残留、食品中的重金属等。
电化学传感器可以检测食品中的硅酸盐、酚等化学成分，晶体传感器可以检测食品质量的变化等。
4.工业应用化学传感器在工业应用中也具有重要的地位。
如：测量pH值、浓度、流速等，以及在电镀、化肥等行业中的应用。
电化学传感器可用于检测化工生产中的磷酸、盐酸等化学物质。
光化学传感器的设计和应用研究近年来，随着科学技术的不断进步，光化学传感器成为了科学家研究的热点问题。
光化学传感器以其高灵敏度、快速响应和高精度等特点，在环境保护、生物医学、食品安全等领域有着广泛应用。
一、光化学传感器的原理光化学传感器是一种基于光化学反应的传感器。
其测量原理是基于分子之间的化学反应，当检测物质进入传感器中时，它与传感器内的某种物质发生化学反应，从而引起传感器光学信号的变化。
通过测量这种光学信号的变化，就可以得到检测物质浓度的信息。
二、光化学传感器的设计对于光化学传感器的设计来说，最主要的是选择合适的光化学材料。
这些材料可以是染料、荧光物质或者是金属离子等。
其次是光学检测系统的设计，在光学检测系统中包括光源、光学纤维和探测器等。
目前，随着纳米技术和微流控技术的不断发展，光化学传感器的设计也在不断地改善和完善。
采用微流控技术可以使传感器具备更高的检测精度和更快的响应速度，同时还可以使传感器更加紧凑和高效。
三、光化学传感器的应用光化学传感器在环境监测、生物医学、食品安全等领域有着广泛的应用。
1. 环境监测环境污染已成为人们面临的重要问题之一，光化学传感器可以检测环境中存在的各种污染物质，如氧化氮、二氧化碳、甲醛等，从而不断完善环境监测体系。
2. 生物医学在医学领域，光化学传感器可实现快速检测体内各种成分。
比如可以检测糖尿病患者血液中的葡萄糖含量，或者检测人体内肿瘤标志物等，从而实现对疾病的早期诊断和治疗。
3. 食品安全光化学传感器可检测食品杂质和毒素。
比如可以检测食品中的硫磺、重金属、转基因等有害物质，在保障食品安全方面发挥了积极作用。
四、展望近年来，光化学传感器不断发展，为实现生产和生活的可持续发展做出了积极的贡献。
但是在实际应用中还存在一些问题，如传感器的稳定性不够高、测量范围较小等，这些问题需要我们进一步进行研究和完善。
总之，光化学传感器是一种十分重要的传感技术，具有广泛的应用前景。
光纤光度传感器及光纤化学传感器的结构及原理1.引言1.1 概述概述部分:光纤传感技术是近年来发展迅猛的一种新兴技术，它利用光纤作为传输介质，通过感知环境中的光信号变化，实现对物理量、化学成分等的检测和测量。
在光纤传感技术中，光纤光度传感器和光纤化学传感器是两类常见且重要的传感器。
光纤光度传感器是利用光纤对光信号进行传输和检测的传感器。
其结构主要由光源、光纤、探测器和信号处理器组成。
其原理是通过光源发射的光信号经过光纤传输到检测位置，被探测器接收并转换成电信号，再经过信号处理器分析处理得到所测量的光度信息。
光纤光度传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强、体积小等优点，在工业控制、生物医学、环境监测等领域具有广泛应用。
光纤化学传感器是一种利用光纤与化学反应相结合实现对化学成分检测的传感器。
其结构包括感受层、光纤和信号处理器。
其原理是将感受层与光纤相结合，感受层与目标化学成分发生反应后产生光信号变化，通过光纤将光信号传输到信号处理器进行分析，根据光信号的变化来判断目标化学物质的浓度或存在情况。
光纤化学传感器具有高灵敏度、实时性好、免受电磁干扰等优点，在环境监测、生物医学、食品安全等领域具有广泛应用前景。
本文将详细介绍光纤光度传感器和光纤化学传感器的结构及工作原理。
通过深入了解这两种传感器的结构和原理，有助于我们更好地理解光纤传感技术的应用和发展。
此外，对光纤传感技术的研究和应用进行展望，也有助于我们认识到这一领域的潜力和未来的发展方向。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以按照下面的方式编写：文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个方面的内容。
首先，我们将对光纤光度传感器和光纤化学传感器进行介绍和概述。
然后，我们将提供文章的整体结构，包括各个部分的内容安排和逻辑关系。
最后，我们将明确本文的目的，即阐述光纤光度传感器和光纤化学传感器的结构和原理，以便读者能够全面了解和掌握相关知识。
光电化学传感器的构建及应用本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！i光电化学及光电化学过程光电化学是在电化学的基础上发展起来的一个新学科,是研究光直接对电极或界面材料的影响以及伴随的光能与电能和化学能转化的学科。
1839年，Becquerel首次在由两个相同金属电极和稀酸溶液构成的体系中观察到电极在光照下产生电流的现象（即Becquerel效应）10。
20世纪50年代中期，Brattain 和Garrett12将半导体的光电化学性质与其电子结构特性结合起来，推动了光电化学相关学科的繁荣发展,并为现代光电化学奠定了基础。
进入60年代,DewaldH 提出了半导体光电极产生光电势的机理,进一步从理论层面对光电化学进行了阐述。
1966年，Gerischer[4提出了半导体电极光分解理论,并首次系统研究了半导体/电解质溶液界面的电化学和光电化学行为；随后Kolb等0对半导体/电解质溶液理论不断丰富和发展，这些理论的阐明进一步为现代光电化学的发展奠定了理论基础。
自1972年Fujishima和Honda0发现可以利用TiO2作为光阳极在紫外光照射下催化水的分解以来，光电化学特别是半导体光电化学领域的研究开始得到广泛关注。
近年来，随着对半导体新型电极和电解质溶液体系在光照下的电化学行为和光电转换规律研究的深入，固体物理中一些概念、理论的引入与交叉，以及当前能源、环境、分析等学科领域的不断需求，光电化学方面的研究已广泛深入和应用到了光电催化CO:还原、光电化学太阳能电池、光电化学分解水、光电化学分析等领域,并呈现出蓬勃发展的趋势。
光电化学包括光电转化和电化学两个过程。
其中光电转换过程,是具有光电化学活性的物质吸收光子而处于激发态，所产生的载流子通过与一些分子发生电子交换而产生电荷分离和电荷传递，形成光电压或光电流，实现光能向电能转化的过程，这是光电化学的核心过程?。
化学传感器的原理及应用一.化学传感器定义能将各种化学物质的特性（如气体，离子，电解质浓度，空气湿度等）等的变化定性的或定量的地转换成电信号的传感器称为化学传感器。
二·化学传感器的分类化学传感器包括电化学传感器、光化学传感器、质量化学传感器和热化学传感器。
根据转换的电信号种类不同，可将电化学传感器分为电流型化学传感器、电位型化学传感器和电阻型化学传感器。
以下介绍气敏传感器，湿敏传感器，离子敏传感器（1）气敏传感器气敏传感器是一种基于声表面波器件波速和频率随外界环境的变化而发生漂移的原理制作而成的一种新型的传感器。
气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。
它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。
它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。
1）气敏传感器的主要参数及特性⏹灵敏度：对气体的敏感程度⏹响应时间：对被测气体浓度的响应速度⏹选择性：指在多种气体共存的条件下，气敏元件区分气体种类的能力⏹稳定性：当被测气体浓度不变时，若其他条件发生改变，在规定的时间内气敏元件输出特性保持不变的能力⏹温度特性：气敏元件灵敏度随温度变化而变化的特性⏹湿度特性：气敏元件灵敏度随环境湿度变化而变化的特性⏹电源电压特性：指气敏元件灵敏度随电源电压变化而变化的特性⏹时效性与互换性：反映元件气敏特性稳定程度的时间，就是时效性；同一型号元件之间气敏特性的一致性，反映了其互换性2）气敏感器原理及分类气敏半导体材料的导电机理气敏半导体材料SnO2是N型半导体，它的导电机理可以用吸附效应来解释。
图1（a）为烧结体N型半导瓷的模型，它是多晶体，晶粒内部电阻较低，晶粒间界有较高的电阻，图中分别以空白部分和黑点示意表示。
导电通路的等效电路如图1（b）所示，图中Rn 为颈部等效电阻，Rb为晶粒的等效体电阻，Rs晶粒的等效表面电阻。
