電偏置相敏成像傳感器研究獲進展

　　電偏置相敏成像傳感器是一種將電化學和橢偏光學方法復合而成的表面表征手段，能夠實時原位探測固液界面處發生電子交換時固相表面的變化。應用該傳感器時，通常需要對界面處施加一外部電勢，但是，該電勢會改變固相表面的性質，進而影響傳感器的響應。針對這一問題，由中國科學院力學研究所納米生物光學課題組和葡萄牙里斯本大學化學和生物化學系組成的聯合團隊研究了外部電勢對固相表面的影響，發現了該傳感器對外部電勢的定量響應關系，相關成果在2月18日在線發表于美國化學學會刊物《分析化學》雜志（Liu, et al, Anal. Chem. 88: 3211）。

　　電偏置相敏成像傳感器可以在固相表面施加不同電化學條件，同時以偏振光波為探測光照射該表面。在全內反射模式下，入射光波在固相表面上發生全反射，此時固相表面會對入射光波進行調制，進而引起反射光偏振態的改變。通過比較光波偏振態的改變，便能推導出固相表面的微小變化，實現對界面處厚度僅為亞納米量級的超薄膜層的測量。目前，該傳感器已經成功用于固液界面處分子吸附與脫吸附過程的實時原位監測。在固液界面處，由于兩相電勢的不同，會形成自發電勢。施加電勢后，界面電荷平衡被打破，界面處的電勢會發生變化；另一方面，分子吸附與脫吸附行為也會影響界面處的自發電勢并導致固相表面性質的改變。因此，為了準確地監測分子在固相表面上的吸附和脫吸附行為，就必須去除外加電勢對固相表面的影響。

　　力學所納米生物光學課題組博士生劉巍和副研究員牛宇利用電偏置相敏成像傳感器研究了電勢對固相表面的作用，證明了固液界面處電勢的變化不僅會引起界面附近液相折射率的改變，還會調制固相表面的復折射率，而這些改變對于該傳感器的影響是不可忽略的，特別是針對痕量小分子的探測，得出了外部電勢與傳感器信號的定量響應關系。通過理論計算輔助引入參考信號的方法，能夠有效剔除電勢擾動的影響。該成果對電偏置相敏成像傳感器的應用具有重要的指導意義。

　　上述研究獲得了科技部“973”項目“超靈敏微納生物化學傳感器集成自治系統基礎研究（2015CB352100）”和科技部國際合作專項“檢測腫瘤標志物和生物需氧量的新型改性表面的合作研究（2015DFG32390）”等支持，由力學所納米生物光學課題組研究員靳剛主持完成。

電偏置相敏成像傳感器示意圖

電偏置相敏成像傳感器對外加電勢的響應