生物學基礎(chǔ)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。在電化學檢測策略中，基于單電極的檢測方案具有與擴散限制響應(yīng)相關(guān)的固有缺點。此外，目標分子或相關(guān)介體導致電極上的單個電荷轉(zhuǎn)移，這嚴重限制了傳感器輸出。

 

研究內(nèi)容

 

印度理工學院的研究人員開發(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)的復雜挑戰(zhàn)，因為人們需要考慮兩種物質(zhì)的擴散以及電極處的非線性巴特勒-沃爾默反應(yīng)動力學。然而，實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單和顯而易見的——在概念上和實現(xiàn)上都是如此。基于這種方法，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特的縮放趨勢。

 

實驗方法

 

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(jié)果。然而，類似的分析結(jié)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(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)導致增強的2D擴散效應(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。這項工作中提出的方法和揭示的見解對電化學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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