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电分析化学在生命科学中的应用及研究进展

摘要本文综述了各种电化学分析方法及其相关技术在生命科学中的应用及研究进

展，并对未来的发展方向进行了预测。

关键词电分析化学生命科学应用进展

ApplicationandResearchAdvancesin

ElectroanalyticalChemistryforLifeScience

ABSTRACT

Inthispaper,theapplicationandadvancesofelectroanalytical

chemistryforlifesciencearereviewed.Thefuturedevelopmentdirectionsare

forecasted.

KEYWORDSelectroanalyticalchemistrylifescienceapplication

advances

一．前言

近年来，电分析化学在方法，技术和应用方面得到了长足发展，并呈蓬勃向上的趋势。

在方法上，追求超高灵敏度和超高选择性的倾向导致由宏观向介观到微观尺度迈进，出现了

不少新型的电极体系；在技术上，随着表面科学，纳米技术和物理谱学等的兴起，利用交叉

学科方法将声，光，电，磁等功能有机地结合到电化学界面，从而达到实时，现场和活体监

测的目的以及分子和原子水平；在应用上，侧重生命科学领域中的有关问题的研究，并且在

电子学，计算机科学，微加工技术，微流控技术，材料科学等学科的相互渗透和促进之下，

其取得了令人瞩目的进展，特别是在分子生物学等前沿领域的应用研究中孕育着许多重大突

破，并由此将电分析化学引入一个崭新的境界（1）。

在生命科学所涉及的分子生物学、细胞生物学、免疫学、生物医学工程、临床医学、药

物学、环境监测与控制等领域的研究中,各种电化学分析方法及其相关技术显示出其优越之

处。电化学分析方法具有较高的灵敏度和选择性,其仪器易于微型化和自动化,造价低,不需要

特殊的辅助设备和额外的维持费用,特别适合于在位富集和测定;而且电极可以遥控,可以加

工成不同的形状和尺寸来满足不同的要求,还可以用众多的(生物)化学试剂进行修饰以提高

电极的选择性和灵敏度,适应在复杂基质中的分析要求。

二。.电位法

电位型手性传感器是极富挑战和诱人的一个研究目标，Parker等将具有光学活性的α-

环糊精辛基化后作为离子载体固定在ＰＶＣ膜上,研制成电位型手性传感器,成功地对血清中

麻黄碱旋光异构体的旋光度进行了测定。Hassan等研制的电位型底物(硝基儿茶酚硫酸盐)

传感器对丙烯硫酸酯酶(几种癌症的生化鉴定指标)活度进行了测定,结果表明底物水解的起

始速率与酶活度(0.2～2.4Ｕ/ｍｌ)呈线性关系。采用新合成的离子载体研制的离子选择电极

显著提高了对血液中Ｋ+、Ｎａ+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+电解质测定的选择性。在改善电极表面

抗污染能力,延长电极寿命,加快电子转移速率和提高电极选择性方面,应用导电聚合物、聚氨

基甲酸乙酯等高技术有机高分子材料是一条切实可行的途径（2）。

电位型传感器的发展方向是研制微电极（电极直径0.2-10微米）和纳米电极（电极直

径0.5-10ｎｍ）。其目的是用于测定活体单细胞和细胞组织中各种离子或分子的活度或浓度

(3),以获取细胞的实时动态信息。微，纳米电极还可用在液/液（L/L）界面的研究，将微米，

纳米级L/L界面支撑在微米，纳米管上形成微米，纳米级电极可研究离子在L/L界面的快速

1

转移动力学。与微电极和纳米电极研究密切相关的一项重要技术是扫描电化学显微镜

(SECM),它是基于测量超微电极探针（针尖）上发生的氧化还原反应的法拉第电流，后者因

基质（导体或绝缘体）存在而受扰动（电流被放大或缩小）。根据这种被扰动的电流可获得

表面拓扑图象，以及基质表面上或在电极针尖和基质间的溶液中所发生反应的信息。SECM

的分辨率依所使用的超微电极的尺寸而定(1)。它能够以较高的分辨率(2～3μｍ)对局部离子

浓度进行成象,测定微电极和纳米电极表面扩散层中的离子浓度,