2018年CAIA獎一等獎獲獎項目成果簡介：基于聚合物敏感膜的電位型傳感器技術研究
完成單位：中國科學院煙臺海岸帶研究所
完成人：秦偉、丁家旺、梁榮寧、尹坦姬、王學偉
一、成果簡介
聚合物敏感膜電位分析廣泛應用于工業分析、環境監測、醫療診斷等領域，已逐步成為化學及生物傳感器領域新的突破點之一。本項目從開發新的分子識別材料、設計新的換能機制、構建小型化便攜式分析系統三個方面，對電位型傳感器進行了深入系統的研究。針對傳統聚合物膜電極僅能檢測簡單離子的局限，采用核酸適體和分子印跡聚合物作為識別材料，利用新型的分子識別原理，發展了可檢測有機小分子、生物大分子、細胞以及非穩態離子等多類物質的電位型傳感新方法，有效拓寬了電位型傳感器的應用范圍；基于電化學調控技術，提出了計時電位及可視化換能新機制，有效提高了電位檢測的靈敏度、可逆性和穩定性；基于新型納米材料及紙芯片技術，開發了小型化、易攜帶、便于批量化生產的電位型傳感器，提高了傳感器的實用性。本項目豐富和發展了電位型傳感器檢測的新原理新方法，拓展了傳感器的應用空間，提高了電極的響應性能，有力地推動了現代電位分析技術的發展。
二、創新點和科學價值
發展了基于核酸適體、分子印跡聚合物等新型分子識別材料和識別原理的聚合物膜電位型傳感器，突破了傳統離子選擇性電極只能檢測簡單離子的局限，實現了對于有機小分子、生物大分子、細胞以及非離子態、非穩態物質的高選擇性、高靈敏度電位檢測。
基于電化學調控技術，提出了計時電位及可視化換能新機制。計時電位法實現了對于離子、有機小分子、生物大分子、細菌等的原位、連續、快速檢測以及單一電極對雙組分測定；可視化換能新機制顯著提高了敏感膜電位分析的靈敏度。
發展了基于新型納米材料及紙芯片技術的小型化便攜式電位型傳感器及其檢測系統。基于新型碳基納米材料、半導體材料以及納米多孔金材料為離子-電子傳導層，提高了固體接觸式離子選擇性電極的穩定性和抗干擾能力，延長了傳感器的實用壽命；基于折紙操作，開發了小型化、功能化三維電位型生物傳感紙芯片技術，拓展了電位型紙芯片的功能、測量對象及應用空間。
三、社會經濟效應和應用前景
固體接觸式離子選擇性電位傳感器具有易于微型化、耐用、維護方便等特點，成為電位型傳感器研究及應用的熱點領域。采用新型納米材料，極大地改善了傳感器的穩定性和抗干擾能力、延長了電極的使用壽命，在環境監測、工業分析及醫療診斷等領域具有重要的應用價值。此外，開發的紙基芯片小型化電位傳感平臺具有成本低、加工簡易、使用和攜帶方便等優點，在環境監測、臨床診斷和質量控制等領域具有廣闊的應用前景。
