電偏置相敏成像傳感器是一種將電化學(xué)和橢偏光學(xué)方法復(fù)合而成的表面表征手段，能夠?qū)崟r(shí)原位探測(cè)固液界面處發(fā)生電子交換時(shí)固相表面的變化。應(yīng)用該傳感器時(shí)，通常需要對(duì)界面處施加一外部電勢(shì)，但是，該電勢(shì)會(huì)改變固相表面的性質(zhì)，進(jìn)而影響傳感器的響應(yīng)。針對(duì)這一問(wèn)題，由中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所納米生物光學(xué)課題組和葡萄牙里斯本大學(xué)化學(xué)和生物化學(xué)系組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)研究了外部電勢(shì)對(duì)固相表面的影響，發(fā)現(xiàn)了該傳感器對(duì)外部電勢(shì)的定量響應(yīng)關(guān)系，相關(guān)成果在2月18日在線發(fā)表于美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)刊物《分析化學(xué)》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(xué)條件，同時(shí)以偏振光波為探測(cè)光照射該表面。在全內(nèi)反射模式下，入射光波在固相表面上發(fā)生全反射，此時(shí)固相表面會(huì)對(duì)入射光波進(jìn)行調(diào)制，進(jìn)而引起反射光偏振態(tài)的改變。通過(guò)比較光波偏振態(tài)的改變，便能推導(dǎo)出固相表面的微小變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)界面處厚度僅為亞納米量級(jí)的超薄膜層的測(cè)量。目前，該傳感器已經(jīng)成功用于固液界面處分子吸附與脫吸附過(guò)程的實(shí)時(shí)原位監(jiān)測(cè)。在固液界面處，由于兩相電勢(shì)的不同，會(huì)形成自發(fā)電勢(shì)。施加電勢(shì)后，界面電荷平衡被打破，界面處的電勢(shì)會(huì)發(fā)生變化；另一方面，分子吸附與脫吸附行為也會(huì)影響界面處的自發(fā)電勢(shì)并導(dǎo)致固相表面性質(zhì)的改變。因此，為了準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)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(shì)對(duì)固相表面的影響。

　　力學(xué)所納米生物光學(xué)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(shì)對(duì)固相表面的作用，證明了固液界面處電勢(shì)的變化不僅會(huì)引起界面附近液相折射率的改變，還會(huì)調(diào)制固相表面的復(fù)折射率，而這些改變對(duì)于該傳感器的影響是不可忽略的，特別是針對(duì)痕量小分子的探測(cè)，得出了外部電勢(shì)與傳感器信號(hào)的定量響應(yīng)關(guān)系。通過(guò)理論計(jì)算輔助引入?yún)⒖夹盘?hào)的方法，能夠有效剔除電勢(shì)擾動(dòng)的影響。該成果對(duì)電偏置相敏成像傳感器的應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

　　上述研究獲得了科技部“973”項(xiàng)目“超靈敏微納生物化學(xué)傳感器集成自治系統(tǒng)基礎(chǔ)研究（2015CB352100）”和科技部國(guó)際合作專(zhuān)項(xiàng)“檢測(cè)腫瘤標(biāo)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(xué)所納米生物光學(xué)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(duì)外加電勢(shì)的響應(yīng)