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利用纳米级激光诱导荧光成像技术精确测量压力驱动和电驱动流中的近壁面pH值
摘要： 本研究基于纳米级激光诱导荧光技术开发了一种近壁面pH测量技术，用于评估玻璃-溶液界面附近pH值的空间-时间分布。将pH敏感染料荧光素钠盐溶解于工作流体中，并通过激光束全内反射产生的倏逝波进行激发。采用高pH缓冲溶液（pH?10）作为参比，基于比率校准法测定近壁面pH分布。该技术应用于压力驱动流和电渗流，研究了界面电势与外电场对质子浓度的影响。压力驱动流中近壁面pH值较体相pH低约0.2，这是由于带负电的玻璃壁面吸引局部过量质子所致。该pH偏移在低离子强度溶液中尤为显著，表明近壁面pH与双电层厚度密切相关。电渗流中的pH偏移较压力驱动流小约0.02，并随电场强度增强而减小。此外，时间序列测量以5.2×5.2微米的空间分辨率清晰呈现了电渗流中非均匀pH分布的时变特征。测量不确定度在95%置信水平下评估为0.16个pH单位。这些结果证实了该技术评估固体-液体界面10-100纳米范围内空间-时间质子浓度的可行性。该技术将有助于定量研究静电相互作用与离子传输，推动生化分析与水净化等领域纳米级电化学传输技术与器件的发展。
关键词： 液-固界面、激光诱导荧光、质子浓度、双电层、倏逝波、电渗流、pH测量
更新于2025-09-19 17:13:59
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工业与生物医学应用的纳米与微米制造 || 元件与器件层面的化学与生物传感器
摘要： 化学和生物传感器最初作为微芯片技术的延伸在微观尺度上进行探索。它们因具有快速检测能力和仅需极小样本量的优势而备受青睐。更小型化、高性能的光度与荧光检测器的发展，使得光学吸光系统得以集成于芯片之上。电化学传感器通过测量水样中电解质的电导率，还能检测扩散至样品中的气体浓度，这使其成为极具价值的个人健康监测工具。这类系统已应用于医疗监护及工业级反应过程的监测与控制。集成式化学场效应晶体管（chemFET）器件是该技术实际应用的典范，可用于pH值测量——其基于离子敏感场效应晶体管（ISFET）原理，即溶液中的离子在晶体管两端产生电流，pH值变化会引发信号成比例改变。生物材料（包括DNA和细胞）亦可作为传感元件：通过聚合物将细胞附着于传感器表面，利用其电化学特性变化来检测食品病原体；而DNA光学读出法则是分析DNA序列的公认方法。
关键词： pH测量、生物传感器、微芯片技术、电化学传感器、化学传感器、离子敏感场效应晶体管（ISFET）、细胞基生物传感器、光学传感器、DNA分析
更新于2025-09-09 09:28:46
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用于细胞表面标记的金纳米结构生物偶联策略，专为高分辨率局部pH测量设计
摘要： 细胞内pH的调节对许多细胞功能至关重要。量化不同类型细胞和生理条件下质子的排出量，对于全面阐明pH稳态机制具有关键意义。本研究展示利用金纳米颗粒（AuNP）构建高空间分辨率传感器，用于测量细胞膜附近细胞外pH值。我们在抑制Na?/H?交换体前后，对肝细胞癌细胞（HepG2）和胃腺癌细胞（MKN28）进行传感器测试。该金表面偶联策略具有双重目的：i) 将AuNP锚定在膜蛋白上；ii) 通过表面增强拉曼光谱（SERS）从AuNP量化局部pH值。这种锚定于细胞膜的纳米级传感器与SERS技术的结合，使我们能够可视化由H?排出（该过程在癌细胞中显著上调）引起的高度局部化pH变化。
关键词： 癌细胞、表面增强拉曼散射、细胞表面标记、pH测量、金纳米颗粒
更新于2025-09-04 15:30:14