王成双&赵伟伟&林鹏Anal. Chem.：双功能共轭乙炔聚合物：有机光电化学晶体管的高效调制和生物电子检测的结构！

崛步化学 · 公众号 · · 2023-02-21 12:00

正文

研究内容

共轭炔基聚合物（CAPs）是一类独特的无金属半导体，具有可调的电学和光学财产，但其全部潜力仍有待开发。有机生物电子学有望为创新的生物医学应用创造更多机会。

盐城工学院王成双教授、南京大学赵伟伟教授和深圳大学林鹏教授报道了聚（1,4-二乙烯基苯）（pDEB）/NiO门控增强模式聚（乙烯二氧噻吩）−聚（苯乙烯磺酸盐）有机光电化学晶体管（OPECT）及其向生物电子检测的结构演变。与夹心免疫分析相结合，标记的碱性磷酸酶可以催化硫代磷酸钠生成H2S，H2S将通过Michael加成反应与pDEB中的二乙炔基反应，导致分子结构改变，从而导致晶体管响应。以HIgG为模型目标，开发的生物传感器实现了高灵敏度检测，线性范围为70 fg mL-1~10 ng mL-1，检测下限为28.5 fg mL-1。相关工作以“Dual Functional Conjugated Acetylenic Polymers: High-Efficacy Modulation for Organic Photoelectrochemical Transistors and Structural Evolution for Bioelectronic Detection”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

研究要点

要点1. 夹心免疫识别主要由作为模型靶抗原（Ag）的人免疫球蛋白G（HIgG）、其主要捕获抗体（Ab1）和碱性磷酸酶（ALP）标记的二级抗体（Ab2）组成的。ALP可催化硫代磷酸钠（TP）生成的硫化氢（H2S），其可通过Michael加成反应与pDEB的二乙炔基反应，导致分子结构改变，从而导致晶体管响应。H2S处理后的pDEB/NiO/FTO称为S-pDEB/NiO/FTO。

要点2. pDEB是通过铜介导的DEB单体在NiO/FTO衬底上的Glaser缩聚反应合成的，合成的pDEB/NiO/FTO可以以高电流增益有效地调制增强型器件。pDEB/NiO/FTO栅极上的光照将诱导阴极光电流，并在栅极/电解质界面上产生负光电压（VP），这可以显著地将器件切换到具有放大增强ID的导通状态，其扭曲的共轭结构导致光-电转换效率低，将装置从开启状态变为关闭状态，从而抑制ID。

要点3. 以HIgG为模型目标，开发的生物传感器实现了高灵敏度检测，线性范围为70 fg mL−1~10 ng mL−1，检测下限为28.5 fg mL−1。

该工作的特点是双功能CAP门控OPECT，不仅提供了一个新的门控模块，而且为生物电子检测提供了一种结构上的新原理。

研究图文

图1.（a）pDEB/NiO/FTO门和与H2S Michael加成反应机理的图解。（b）pDEB/NiO/FTO门控OPECT装置示意图。（c）OPECT生物传感系统的相应操作原理。

图2.（a）pDEB/NiO/FTO的合成方案。（b）（c）NiO/FTO、（d）（e）pDEB/FTO，（f）（g）pDEB/NiO/FT0以及（h）（i）S-pDEB/NiO/FTO的SEM图像的俯视图和横截面图。（j）NiO、DEB、pDEB、p DEB/NiO和S-pDEB/NiO的FTIR和（k）拉曼光谱。（l）pDEB/NiO/FTO和（m）S pDEB/NiO/FTO的高分辨率C 1s核级XPS光谱。（n）S-pDEB/NiO/FTO的高分辨率S 2p核级XPS光谱。

图3.（a）NiO/FTO（黑色）、pDEB/FTO（蓝色）和pDEB/NiO/FTO（红色）的PEC响应。（b）pDEB/NiO/FTO的PEC稳定性。（c）pDEB/NiO/FTO在10 mM PBS中的PEC反应（黑色）、1 mM TP在10 mM PBT中的反应（绿色）、1 U mL−1 ALP在10 mM PBC中的响应（蓝色）以及1 mM TP和1 U mL-1 ALP在10 mM PBS（红色）中的混合物。（d）pDEB/NiO/FTO和SpDEB/NiO/FTO的PEC反应。（e）pDEB/NiO/FTO和S-pDEB/NiO/FTO的信号产生机制。（f）预制耗尽模式（黑色）和增强模式（红色）PEDOT:PSS OECT的代表性−ID～VG曲线。（g）−ID～VD曲线，VG为−0.4至0.3 V。（h）通过使用Ag/AgCl栅电极施加−0.4至0.1 V的VG，增强模式OECT的−ID响应。

图4.（a）光照时−IG（黑色）和−ID（红色）随时间变化。（b）pDEB/NiO/FTO（实线和虚线黑线）和SpDEB/NiO/FTO栅电极（实线和红色虚线）的转移曲线，用（虚线黑线和红色线）和不用（实线黑线和红色）辐照（VD=−0.05 V）测量。（c）照明和H2S处理前后系统的电位分布。pDEB/NiO/FTO门控器件（d）在黑暗中和（e）在光照下以及（f）SpDEB/NiO/FTO门控设备在光照时的离子传输的图示。（g）与时间相关的−ID反应对应于不同的HIgG浓度。（h）As导出的校准曲线。（i）使用10 ng/mL−1 RIgG、MIgG、CEA和PSA的干扰样品对10 ng/mL-1 HIgG及其混合物进行选择性研究。（j）选择性测试的相应直方图。

文献详情

Dual Functional Conjugated Acetylenic Polymers: High-Efficacy Modulation for Organic Photoelectrochemical Transistors and Structural Evolution for Bioelectronic Detection

Jia-Hao Chen, Cheng-Shuang Wang,* Zheng Li, Jin Hu, Si-Yuan Yu, Yi-Tong Xu, Peng Lin,* Wei-Wei Zhao*

Anal. Chem.

DOI: 10.1021/acs.analchem.2c05797

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