李永财
汉威科技集团股份有限公司 河南省 郑州市 450007
摘要：光电化学传感器是电化学传感器的一种改进型，不仅器件简单、操作方便、响应速度快、成本低、易于微型化，而且具有较低的检出限和较高的敏感度。鉴于上述优势，越来越多的科研人员将工作重点转向光电化学领域。综述了近年来光电化学传感器的研究进展。
关键词: 光电化学发光; 生物传感; 进展
引言：光电化学与生物传感技术是光电化学分析技术与生物传感技术相结合的一种新型检测方法。它有很多独特的优点。因此，光电传感器在分析化学领域占有重要地位，并将具有优越的分析性能，定量分析各种物质的测量。本文分析了光电化学传感器的发展现状、检测原理及发展趋势。
1 光电流产生的机理
光电流是由以下两种机制产生的: (1)当在溶液中存在还原剂时，物质从激发态还原到基态，光照到材料表面，从基态到激发态，即 PEC反应，以此类推，产生连续的光电流;(2)在电子给体或受体分子的情况下，激发态分子与猝灭剂分子之间发生电子转移反应，产生的分子氧化或还原态进一步从电极表面获得或失去电子，产生电流，光活性材料返回基态，周期为连续光电流。
光电流分为阳极光电流和阴极光电流两种形式。以无机半导体纳米粒子为例，在光条件下，当无机半导体纳米粒子吸收高于其自身带隙能量的能量时，纳米粒子的子电子由价带跳跃到产生的电子空穴对的传导带而产生，然后受激发的电子重新组合或转移。如果来自导带的电子转移到电极表面，当电子给体在溶液中被价带中的空穴捕获时，电子给体产生绿色阳极光电流，另一方面，如果导带中的电子转移到溶液中的电子受体，电子从电极转移到带孔上的价电子，阴极光电流就产生了。
2 PEC 生物传感器的原理及分类
该PEC生物传感器主要基于电流/电压信号的变化通过电极来监测相应的生物特征识别反应。在光条件下，激发光电活性物质的光电性能，并将被测物体与连接在光电材料上的识别探头结合起来，改变光电活性物质本身产生的光电电压或光电流，这种电阻效应在一定范围内，数值的变化与被测物质的浓度之间存在函数关系，因此可以通过改变待测物质的光电压或光电流来检测目标。在传感器中，基于特定靶标的光化学和生物传递，将活性材料修饰在传感器电极表面，用于测试所构建的传感器电极的信号响应和待测物质的灵敏度，具有极其重要的影响。根据光活性材料的类型不同，可粗略地分为以下几类: 无机光活性材料、有机光活性材料、复合型光活性材料等。其中常见的无机光活性材料包括TiO2 ， ZnO， WO3 ， Cu2 O， Bi2 S3 ， BiOI， CdSe， ZnS， ZnSe， graphene 等。当光敏材料受到能量大于其能带间隙的光激发时，价带中的基态电子跃迁到导带，形成电子空穴对。导带中的光生电子转移到电极表面，电解槽中价带中的空穴与电子供体氧化，产生阳极电流，当电子从导带转移到电解质溶液或光敏材料的界面时，将与电解质中的受体发生还原反应，从电极表面到光敏材料的价带的电子转移随着光生空穴反应发生，产生阴极光电流。
3电流型光电化学传感器的应用
3.1化学物质的检测
电流型光电化学传感器是根据被测物与处于激发态的光电材料之间的电荷转移而引起的光电流的变化或者根据被测物质本身的光电流的变化的原理而进行分析测定的， 且具有很好的选择性和高度的灵敏性， 基于这一优势 可 以 用 来 测 定 化 学 物 质。磷 酸 三 苯 酯( TPhP) 作为有机磷阻燃剂( OPFＲs) 的典型模型，一直被视为健康问题的新兴环境污染物。通过采用静电纺丝技术合成分子印迹纳米纤维， 并将其与 BiOI 纳米片阵列相结合作为光活性电极， 在可见光的激发下能够快速、高灵敏度的检测磷酸三苯酯。在优化的实验条件下， 光电化学响应与 TPhP 浓度的对数值成线性比例， 范围为 0. 01 ngmL－1 至 500 ngmL-1 。
不仅仅是对于有机污染物有着良好的检测能力， 对于环境中痕量 的 无 机 物 质 也 能 够 高 灵 敏 检 测
3.2生物分子的检测
由于某些半导体具有很强的氧化能力， 所以 PEC 传感器的选择性并不是很 理 想 ， 通 过 结 合 生 物 分 子 识 别 元 件 如酶、核酸、抗原 /抗体 等可以有效的改善这一不足之处。
3.3细胞传感器
细胞是生物体的基本结构和功能单位。细胞形态和数量的检测往往可以预测一些疾病。因此，细胞检测在人类健康和人类健康中发挥着重要作用，对生命的研究具有重要意义和价值。细胞感觉所述电极表面修饰剂的主要结构是特异的并且细胞表面是结合的。电池在电极上修饰后，由于空间位阻较大，光电信号明显减弱，从而实现了对细胞的分析和检测。
4 PEC 生物传感器的信号放大策略
对于光电生物传感器，传感器性能的稳定性取决于光电响应的大小。为了获得最佳的光电信号，需要充分地发挥光电传感器的性能，近年来，越来越多的研究团队致力于开发新的光电信号放大策略。根据光电信号的位置，信号可以进行放大，放大的方法可以分为以下两部分。
4. 1 传感基底信号放大
无机半导体材料已经广泛用于制作传感器基底，但对于某些半导体材料来说，或多或少都存在一些缺陷。为了克服这些缺陷，研究人员对基片结构材料进行了多种改进，以提高其光电响应性能。Tio2作为一种常用的感光材料，广泛应用于各种传感器的制造，但由于宽带隙激发电子转移需要高能量，而且只能被吸收，因此有必要对其进行修改和改性。
4.2 免疫端的信号放大
在传感器的构建过程中，除了基准信号的放大外，免疫端放大信号也很重要。由于光敏材料难以选择，目前的研究小组更倾向于研究免疫方面的信号放大策略，以实现传感器对目标的高灵敏检测。
5PEC 传感器的展望
电化学分析和电化学传感器是一个新的发展方向，由于其光学和电化学方法的优点，受到了广泛的关注，成为分析化学方法中一个非常有前途的领域。光电传感器虽然还处于起步阶段，但也存在一些不足: 一是光电响应和光电电子转移分析的机理还没有很好的定义，与其他分析方法相比还有一定的差距，因此，应致力于光电传感机理的研究;二是提高光电转换效率是构建光电传感器的关键，因此，需要开发一种具有较高光电转换效率的新型光电材料; 三是光电传感器主要应用于科研领域，其制备技术不成熟，大规模生产应用存在一定的局限性; 四是小型化、快速化、灵敏化是当前光电传感器应朝着这一方向努力的方向。
结束语：
光电化学生物传感器是光电化学分析技术与生物传感器技术相结合发展起来的一种新的检测方法，检测原理是根据光电活性物质的光电转换特性来确定分析液的浓度。在光化学检测中，光作为激发信号，光敏材料被激发，电信号作为检测信号。激励信号和检测信号的不同形式使背景信号降低，因此，脉冲分析技术具有更高的警戒性。光化学生物传感器继承了高的光化学分析灵敏度和反应分子之间特殊的生物亲和力，因此在分子和分子的检测中有着广阔的应用前景。
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