納米間隙電極幾何形狀對生物分子電化學(xué)檢測有何影響?
發(fā)布時間:2020-12-01 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】生物傳感器用于精確檢測/測量分析物樣品中的分子濃度。不出所料,他們發(fā)現(xiàn)了與診斷相關(guān)的廣泛應(yīng)用(血液、葡萄糖、蛋白質(zhì)、腫瘤、心臟病發(fā)作風(fēng)險等)。各種環(huán)境(水、組織、空氣、食物等)中的污染和污染檢測。在制藥工業(yè)中(藥物發(fā)現(xiàn)和分析、化合物給藥、臨床驗(yàn)證等。
生物學(xué)基礎(chǔ)研究(細(xì)胞信號測量,DNA測序,細(xì)胞檢測,代謝工程等。在許多與生物傳感器相關(guān)的競爭性技術(shù)中,電化學(xué)檢測方案提供了許多優(yōu)勢,如低檢測限、非常小的樣品體積,并可用于分析有色或混濁樣品。在電化學(xué)檢測策略中,基于單電極的檢測方案具有與擴(kuò)散限制響應(yīng)相關(guān)的固有缺點(diǎn)。此外,目標(biāo)分子或相關(guān)介體導(dǎo)致電極上的單個電荷轉(zhuǎn)移,這嚴(yán)重限制了傳感器輸出。
研究內(nèi)容
印度理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一個方案來探索納米間隙電極幾何形狀對生物分子電化學(xué)氧化還原檢測的影響。因此,這是一個與數(shù)值模擬相關(guān)的復(fù)雜挑戰(zhàn),因?yàn)槿藗冃枰紤]兩種物質(zhì)的擴(kuò)散以及電極處的非線性巴特勒-沃爾默反應(yīng)動力學(xué)。然而,實(shí)驗(yàn)表明這可以基于電子電路仿真工具方便地解決。此外,縮放到復(fù)雜的幾何圖形是簡單和顯而易見的——在概念上和實(shí)現(xiàn)上都是如此?;谶@種方法,研究表明,隨著電極的納米結(jié)構(gòu),檢測限和建立時間具有獨(dú)特的縮放趨勢。
實(shí)驗(yàn)方法
優(yōu)化用于生物分子超靈敏檢測的電極幾何形狀并不是一件容易的事情。在擴(kuò)散限制條件下,可以得到電極電流的緊湊的分析結(jié)果。然而,類似的分析結(jié)果不適用于更復(fù)雜的電極幾何形狀的優(yōu)化,這需要詳細(xì)的數(shù)值模擬。給定方程所施加的非線性邊界條件。
基于納米間隙的氧化還原檢測通用方案。圖中還顯示了一個網(wǎng)格,在其上傳輸方程被離散化以進(jìn)行數(shù)值求解。
基于納米間隙的一維氧化還原檢測的廣義方案的等效電路。電極反應(yīng)在邊界節(jié)點(diǎn)引入了額外的相關(guān)電流源。
用于氧化還原檢測的納米結(jié)構(gòu)電極幾何形狀。
結(jié)論
綜上所述,該研究提出了一種受電子電路啟發(fā)的電化學(xué)生物傳感器數(shù)值模擬策略。結(jié)果表明,雖然納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)致增強(qiáng)的2D擴(kuò)散效應(yīng),從而更好的電流放大,但是,同樣的結(jié)果也增加了建立時間。這項(xiàng)工作中提出的方法和揭示的見解對電化學(xué)生物傳感器和存儲電池的各種應(yīng)用具有廣泛的意義。
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