近年来,随着纳米材料科学以及微加工技术的发展,对裸电极进行修饰与功能化,可进一步提高电极的选择性、灵敏度、时空分辨率以及生物相容性等性能,最终实现小分子、亚细胞、细胞及活体组织的实时原位监测。然而,在电极对电活性物质检测的同时,一些反应中间体或蛋白等物质常常通过电聚合、吸附等方式附着于电极表面,造成电极污染,阻碍了电子在传感界面传递,严重影响电极检测性能,增加检测成本。目前,常见的解决电极污染的方式基本分为两类:一是通过对电极抗污染处理,降低污染物在电极界面的沉积或吸附,如构建纳米多孔电极或修饰抗污染材料等;二是通过去污染处理,有效清除电极界面的污染物,如物理法、化学电化学法、光催化剂法等。其中,光催化剂法利用半导体光催化剂在光照下产生的活性氧自由基物种,实现污染物的有效清除。与紫外光光催化剂相比,可见光光催化剂在光催化更新电极的同时,具备对生物组织损伤较小的优势,更具应用前景。然而受到可见光光催化剂的光催化效率、导电性以及电化学活性等限制,构建可见光可更新电极用于细胞及组织检测尚未见报道。立足于上述挑战以及我们课题组前期的工作,本文结合可见光催化剂材料和电化学传感材料,构建了具有高效可见光更新性能的电极,成功实现了对活细胞释放NO的实时监测;并在此基础上,通过明胶修饰,使得传感器具有抗大分子污染以及去除小分子污染的双重功能,并用于细胞培养过程中电极的可见光更新清洁以及活细胞循环检测。具体研究内容如下:1、利用可见光光催化剂TiO2/CdS优异的可见光催化降解性能和聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)独特的电化学催化性能,在ITO电极表面依次通过电泳沉积、连续离子层吸附反应、电沉积方法,构建了具备可见光可更新的功能性电化学传感器。Ti02/CdS的异质结结构可有效促进电子-空穴的分离,降低电子-空穴的复合率,增强了可见光光催化剂的催化降解能力;PEDOT作为电化学传感界面,对NO的检测灵敏度可达23.4μA/μM·m2,检出限约为3.4nM。最终该可更新电极成功用于人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的循环培养和刺激释放NO的检测。2、结合上述工作基础,进一步对PEDOT@CdS/TiO2/ITO电极旋涂修饰经谷氨酰胺转氨酶交联的明胶,形成gelatin-PEDOT@CdS/TiO2/ITO电极。实验中通过优化控制明胶的厚度约为2μm时,整个电极仍具有良好的电化学响应;并且明胶的网状交联结构,有利于降低细胞培养基中大分子蛋白到达电极界面对电极的污染,使整个电极具备较好的抗污染性能;同时,由于PEDOT@CdS/TiO2纳米复合材料的可见光光催化性能,对于可穿过明胶结构的小分子及其聚合物,仍可进行有效清除,使整个电极仍具备良好的可更新性能。明胶的生物相容性,保证细胞在其表面的活性和增殖能力。尤为重要的是,明胶层阻碍了光催化过程中产生的活性氧自由基扩散至细胞表面,对细胞的损伤显著下降。采用该电极,实现了 HUVECs培养过程中电极的实时原位清洁以及活细胞的循环培养与检测。