聚合物膜離子選擇性電極是上世紀六十年代發(fā)展起來的一項電位型傳感技術(shù)，它具有選擇性性高、使用方便、價格低廉、性能可靠等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于臨床檢測和環(huán)境分析等領(lǐng)域。為進一步提高膜電極響應(yīng)特性、拓展電位傳感應(yīng)用領(lǐng)域，中科院煙臺海岸帶研究所海岸帶環(huán)境過程與生物修復(fù)重點實驗室秦偉研究員課題組進行了系統(tǒng)的研究：

1、強電解質(zhì)背景條件下高靈敏電位檢測

由于容易受到干擾離子的影響，長期以來離子選擇性電極無法應(yīng)用于海水等強電解質(zhì)背景樣品的測定。為此，該課題組發(fā)展了一種非對稱性聚合物離子選擇性膜，即將親脂性的離子交換劑直接涂于聚合物膜表面而不是均勻溶于聚合物膜內(nèi)部，有效消除了電極膜表面主離子向膜內(nèi)部的擴散，提高了離子選擇性電極檢測痕量待測離子的靈敏度；同時采用旋轉(zhuǎn)電極技術(shù)，顯著降低了水相擴散層厚度，提高了主離子在水相中的擴散速率。本研究以銅離子作為檢測對象，在0.5 mol/L NaCl背景條件下，采用非對稱聚合物敏感膜旋轉(zhuǎn)電極體系，實現(xiàn)了強電解質(zhì)基體中銅離子的高靈敏電位檢測，檢出限可達3.5×10^-10mol/L。本研究工作為進一步開發(fā)海水中痕量重金屬離子檢測技術(shù)提供了新思路。相關(guān)研究成果發(fā)表在美國《分析化學》上（Anal. Chem., 2012, 84 (24), 10509–10513；IF=5.856 ）。

2、基于非穩(wěn)態(tài)中間產(chǎn)物離子響應(yīng)的電位型生物傳感技術(shù)

傳統(tǒng)的離子選擇性電極生物傳感技術(shù)，一般利用化學反應(yīng)中反應(yīng)物或穩(wěn)態(tài)產(chǎn)物離子的電位信號進行傳感；一些具有重要分析意義的化學反應(yīng)，由于反應(yīng)物和產(chǎn)物均為非離子，長期以來被認為不適于電位檢測。為此，該課題組提出了基于離子態(tài)中間產(chǎn)物電位響應(yīng)的檢測思想，即通過設(shè)計能夠選擇性捕捉離子態(tài)中間產(chǎn)物的敏感膜，實現(xiàn)對這類化學反應(yīng)的電位檢測。以過氧化物酶催化過氧化氫氧化N,N',N,N'-四甲基聯(lián)苯胺為例，通過捕捉非穩(wěn)態(tài)陽離子自由基和亞胺陽離子，二壬基萘磺酸摻雜的聚合物液膜能夠?qū)崿F(xiàn)對該反應(yīng)的高靈敏指示。該方法對過氧化氫的檢出限達10^-9M，比現(xiàn)有電位分析技術(shù)對過氧化氫的檢出限降低了三個數(shù)量級，能夠滿足海水、雨水等環(huán)境水體中過氧化氫檢測的需求。相關(guān)研究成果發(fā)表在英國《化學通訊》上（Chem. Commun.2012, 48, 4073-4075；IF= 6.169）。

3、基于中性分子電位響應(yīng)的新型生物傳感模式

中性苯酚分子在聚合物膜電極上的電位響應(yīng)是近二十年來電位分析領(lǐng)域的重要發(fā)現(xiàn)之一。但是由于靈敏度低等問題，中性酚的電位響應(yīng)從未在環(huán)境或生物分析中得到應(yīng)用。該課題組首次發(fā)現(xiàn)了中性寡聚酚在季銨鹽摻雜的聚合物液膜電極上具有顯著優(yōu)于單體苯酚的陰離子電位響應(yīng)。據(jù)此，利用G-四聯(lián)體核酸酶催化單體苯酚生成寡聚酚的性質(zhì)，發(fā)展了第一個電位型核酸酶生物傳感器。相比于光度分析和熒光分析，電位型核酸酶傳感器具有靈敏度高、成本低、抗顏色和濁度干擾等優(yōu)勢。該傳感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)均相溶液中的核酸雜交分析和DNA損傷檢測，在環(huán)境污染物的核酸毒性識別方面具有良好的應(yīng)用前景。相關(guān)成果已在線發(fā)表在美國《分析化學》上（Anal. Chem., 2013, DOI: 10.1021/ac3035629；IF=5.856）。