【導讀】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)現了與診斷相關(guān)的廣泛應用(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)現和分析、化合物給藥、臨床驗證等。
生物學(xué)基礎研究(細胞信號測量，DNA測序，細胞檢測，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散限制響應相關(guān)的固有缺點(diǎn)。此外，目標分子或相關(guān)介體導致電極上的單個(gè)電荷轉移，這嚴重限制了傳感器輸出。
研究?jì)热?/div>
印度理工學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)方案來(lái)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(gè)與數值模擬相關(guān)的復雜挑戰，因為人們需要考慮兩種物質(zhì)的擴散以及電極處的非線(xiàn)性巴特勒-沃爾默反應動(dòng)力學(xué)。然而，實(shí)驗表明這可以基于電子電路仿真工具方便地解決。此外，縮放到復雜的幾何圖形是簡(jiǎn)單和顯而易見(jiàn)的——在概念上和實(shí)現上都是如此?；谶@種方法，研究表明，隨著(zhù)電極的納米結構，檢測限和建立時(shí)間具有獨特的縮放趨勢。
實(shí)驗方法
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。在擴散限制條件下，可以得到電極電流的緊湊的分析結果。然而，類(lèi)似的分析結果不適用于更復雜的電極幾何形狀的優(yōu)化，這需要詳細的數值模擬。給定方程所施加的非線(xiàn)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(gè)網(wǎng)格，在其上傳輸方程被離散化以進(jìn)行數值求解。
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。電極反應在邊界節點(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構電極幾何形狀。
結論
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)生物傳感器數值模擬策略。結果表明，雖然納米結構導致增強的2D擴散效應，從而更好的電流放大，但是，同樣的結果也增加了建立時(shí)間。這項工作中提出的方法和揭示的見(jiàn)解對電化學(xué)生物傳感器和存儲電池的各種應用具有廣泛的意義。
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