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纳米孔道电化学空间限域效应助力纳米电极瞬态测量

纳米电化学在单细胞、单颗粒以及单分子水平化学测量学领域逐渐发展成为一种重要检测手段。利用纳米电化学对微观世界中电子传递、物质相互作用的动态探索过程中,高效的信号放大策略和有效的分子识别元件是实现灵敏特异检测的基础。纳米电极是纳米电化学中获取微纳尺度下的物质传输信息的最基本识别元件,传统的电极制备过程依赖于微纳加工技术,其尺寸形貌较难控制,极大地限制了纳米电化学检测中的可重复性和精准分析。

近日,华东理工大学龙亿涛教授课题组利用电化学限域空间,在限域纳米孔电化学研究上取得了突破性进展,《德国应用化学》在线报道了这一纳米孔电极的工作(A 30 nm Nanopore Electrode: FacileFabrication and Direct Insights of the Intrinsic Feature in Single NanoparticleCollision, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201710201)。

该研究团队利用前期探索总结的纳米孔内电化学限域效应对电荷、光及电场的极化增强作用,通过“化学-电化学”制备策略,在具有纳米几何构型的纳米孔道尖端限域空间内,制备了尺寸可控的30nm限域纳孔电极 (Confined Nanopore Electrode, CNE)。通过实验研究发现,借助纳孔电极尖端电化学限域增强的特点,能够大大提升纳米颗粒与电极相互作用过程中的检测灵敏度,将电信号分辨率提升至0.6皮安(均方根值)、信号时间分辨率提升至10微秒。这种纳米电极的表面形貌均一度高,以往检测过程中的随机性与不确定性可被显著降低。将这一优势应用到单颗粒碰撞纳米电极的瞬态研究中,可以将单个体之间的相互作用频率提升两个数量级,为准确获取单个纳米颗粒的本征信息提供了新途径。这种限域纳米孔电极在普通化学实验室即可简单快速完成制备(Confined Nanopore Electrode, CNE),不仅可被用来进行单个细胞内电化学过程的高时空分辨研究,借助纳米孔道突出的光学特性,还可应用于纳米尺度下的单个体光电信号的多维同步获取,为单个活细胞、单个颗粒以及单个分子的电化学测量提供新思路。

纳米孔道电化学空间限域效应助力纳米电极瞬态测量

该工作得到了国家自然科学基金委国际合作与交流项目、创新研究群体项目、重大科研仪器研制项目等项目的支持与资助,提出的新型纳孔电极与检测策略推动了纳米电化学的进一步发展。

相关工作发表于Angew. Chem. Int. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201710201

作者:Rui Gao, Dr. Yi-Lun Ying*, Yuan-Jie Li, Yong-Xu Hu, Ru-Jia Yu, Yao Lin and Prof. Yi-Tao Long*

原文链接如下,或点击下方“阅读原文”:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201710201/full


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