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1.2 电化学传感器
1.2.1 电化学传感器简介 电化学传感器是一种物质检测分析装置，它可以选择性的识别由待测分析物转化成的可记录的电信号,从而对物质进行定性或定量的分析。电化学传感器具有操作简单、灵敏度高[2]、价格低廉、稳定性好等优点。最早的电化学传感器产生于 20 世纪 50 年代，当时用于对氧气的检测。之后随着电化学传感器被大众熟知，其在工农业生产、环境保护、学术科研、食品监测以及医学军事等领域也得到了广泛应用。电化学传感器可以根据输出信号的不同分为电位型传感器和电流型传感器。电位型传感器根据组合模式不同可以分为两种类型。一种类型为电解质/绝缘层/硅(EIS)组合模式，可以用其对液体进行测量；另一种类型即金属/绝缘层/硅(MIS)组合模式，用其来测量气体。电位型传感器的特点是能够实现多参数，多位点测量。而电流型传感器分为有机材料电流型光电传感器，半导体材料光电传感器，复合材料光电传感器三类。电化学传感器可以根据所检测物质类型的不同分为生物传感器、气体传感器和离子传感器。电化学传感器主要由以下元件构成：透气膜，电极，电解质，过滤器。当然，电化学传感器的制造结构会根据检测物的不同而发生相应的变化。近年来，科研工作者在提高传感器的性能(如特异性和灵敏度)等方面做了大量的研究工作，而研究的重点主要集中在修饰或改进传感器的接收器方面。在这项研究工作中，关键性的一步是使用功能型材料进行传感器的制作。在过去的研究报道中，功能纳米材料、纳米碳管、石墨稀、量子点、有机聚合物等等，许多先进的功能材料都在传感器的制作中显示了强大的优势。例如，利用液相沉积法合成 Au-TiO2 纳米粒子，并用其修饰电极制作成的电化学传感器可以直接检测有机磷农药中的磷含量[3]；采用电化学沉积法制备的铂微粒/碳纳米管修饰电极(Pt/CNTs/GCE)可以作为甲醛电化学传感器[4]。
1.2.2 电化学生物传感器 生物传感器一般主要由两部分构成[5]。一部分为生物识别装置，这是一种生物活性物质 (细胞，酶，生物组织，抗体等[6])，该物质能够对分子进行特异性识别，并且能与待测物质发生反应。另一部分是信号转换器，主要功能是将生物识别作用通过某种机制转换为可以检测的信号，再将信号传输到特定的信号处理系统进行分析。常用的检测方法有电化学法、光学法、热和质量分析法等几种方法。 其中，电化学方法因其操作简便性和工作高效性从而成为最理想的检测方法。 电化学生物传感器使用生物材料作为敏感元件[7]，基础电极(固体电极，离子选择性电极，气敏电极等)作为转换器，将生物敏感分子固定在电极表面，制成敏感组件。工作原理：待测物质首先被生物敏感分子特异性识别，然后将识别的物质被捕捉到电极表面。基础电极作为信号转换器，将电极表面产生的反应信号变成可以测量的电信号(电流或电压)导出，利用信号处理系统对导出数据进行处理分析，从而实现了对待测物质的定量或者定性分析。 因为使用生物材料作为敏感元件，所以电化学生物传感器具有高效的选择性，能够快速、直接地获取复杂体系的组成信息。电化学生物传感器是根据敏感元件所使用的生物材料的不同来分类的。一般分为电化学免疫传感器[8]、酶电化学传感器、DNA 电化学传感器等几种类型。文献中，将 DNA 酶和碳纳米管结合，并通过壳聚糖将其固定到玻碳电极表面构建电化学生物传感界面，通过该界面搭建葡萄糖氧化酶电化学生物传感器，实现了对葡萄糖的快速灵敏检测。