前 沿

       近期，《CARBON》期刊在線發(fā)表了中南大學(xué)魏秋平教授課題組在金剛石材料在抗污領(lǐng)域應(yīng)用的綜述。本綜述首先介紹了表面化學(xué)(即摻雜水平、表面端基和晶體取向)和表面形貌等因素對BDD防污性能的影響。討論了BDD表面的電化學(xué)污染及恢復(fù)表面活性的清洗手段。其次，綜述了金剛石材料在生物相關(guān)傳感應(yīng)用方面的最新進(jìn)展和成就，包括BDD微電極、基于BDD的微流控器件以及非侵入式可穿戴BDD傳感器。最后討論了金剛石在防污領(lǐng)域的應(yīng)用前景和挑戰(zhàn)。

背 景 介 紹

       傳統(tǒng)電極材料(如金屬電極或金屬氧化物、玻璃碳和碳纖維電極)在電化學(xué)測量過程中通常會發(fā)生嚴(yán)重的表面物質(zhì)吸附（污染），特別是在測定有機(jī)物質(zhì) (如多巴胺、氨基酸、蛋白質(zhì)、藥物分子)時(shí)，其氧化產(chǎn)物和中間產(chǎn)物可能吸附在電極表面，導(dǎo)致電流響應(yīng)信號的衰減。金剛石電極材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，不僅具有較寬的水穩(wěn)定性電勢窗口、較低的背景電流、優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性，而且具有優(yōu)異的防污性能。導(dǎo)電金剛石電極材料，特別是摻硼金剛石電極(BDD)，具有優(yōu)異的抑制表面被污染的特性，如其具有表面惰性，對污染物具有弱吸附性；在高電位下產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑(如:羥基自由基)，可通過自清潔抑制生物膜的形成。因此金剛石材料是極具潛力的抗污傳感用材料。

圖 文 解 析

       金剛石的防污性能與其表面化學(xué)性質(zhì)和表面形貌密切相關(guān)。表面化學(xué)涉及摻雜原子的濃度(如硼或氮)、表面端基(如H端和O端BDD)和晶體取向，包括晶面類型(100)、(110)和(111)。本綜述探討了這些影響因素與金剛石防污性能之間的關(guān)系。

       從電化學(xué)傳感或生物傳感的角度來看，電極浸泡在含有多種物質(zhì)的復(fù)雜溶液時(shí)，特別是當(dāng)氧化物(如多巴胺、多肽、蛋白質(zhì))不斷在電極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)氧化時(shí)，電極表面不可避免的被污染。本綜述討論了金剛石電極發(fā)生電化學(xué)污染的可能機(jī)制及恢復(fù)被污染金剛石電極表面電化學(xué)活性的現(xiàn)有策略。

       在本文第四節(jié)，綜述了最新的具有代表性的金剛石傳感器工作進(jìn)展，包括金剛石或金剛石基微傳感器、金剛石基微流控設(shè)備和微流控設(shè)備衍生的可穿戴傳感器。

論 文 小 結(jié)

       這篇綜述表明，金剛石是一種極具前途的理想防污材料。令人興奮的是，最近的研究工作已成功地將基于BDD材料的傳感器應(yīng)用于微流控設(shè)備，甚至是非侵入式可穿戴傳感器設(shè)備。我們期待高抗污的BDD生物傳感材料在臨床應(yīng)用中大展身手。

論 文 主 要 作 者 簡 介

       鄧澤軍，中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院講師，F(xiàn)unctional Diamond青年編委。2020年博士畢業(yè)于巴黎綜合理工大學(xué)，2020-2021年在新加坡國立大學(xué)開展博士后研究。主要從事導(dǎo)電金剛石、界面電化學(xué)、電化學(xué)傳感器等領(lǐng)域研究，目前以第一或通訊作者在Chem. Sci., Anal. Chem., Carbon, Chem. Eng. J., Sens. Actuators B-Chem., Electrochim. Acta等期刊發(fā)表SCI論文10篇。

       朱睿童，中南大學(xué)粉末冶金學(xué)院研究生。主要研究方向?yàn)樯飩鞲须娀瘜W(xué)與功能材料，以第一作者在Carbon, J. Electroanal. Chem., Funct. Dia.等期刊發(fā)表SCI論文3篇。

       通訊作者：魏秋平，中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，粉末冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室固定人員，功能薄膜涂層與表面技術(shù)交叉研究中心負(fù)責(zé)人。主要從事功能薄膜與涂層材料以及材料表面改性技術(shù)研究，參與和主持國家“十三五”、“十四五”重點(diǎn)研發(fā)、廣東省“十三五”重點(diǎn)研發(fā)、湖南省高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新引領(lǐng)計(jì)劃、湖南省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)科技攻關(guān)與重大成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金等20余項(xiàng)。累計(jì)發(fā)表學(xué)術(shù)論文140余篇（第一或通訊作者SCI論文100余篇，JCR1區(qū)50余篇），申請專利90余項(xiàng)（其中PCT國際（美國）發(fā)明專利6項(xiàng)，授權(quán)中國專利49項(xiàng)），榮獲首屆長沙“優(yōu)秀發(fā)明人”。在中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中先后斬獲金獎(jiǎng)（中南大學(xué)首金）、銀獎(jiǎng)和銅獎(jiǎng)，先后獲得中國、湖南省、中南大學(xué)“優(yōu)秀創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師”稱號，“產(chǎn)教融合?三力并舉的工科創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)模式改革實(shí)踐”榮獲“湖南省高等教育教學(xué)成果獎(jiǎng)”。2012-2020年間先后被評為中南大學(xué)“優(yōu)秀班導(dǎo)師標(biāo)兵”和“優(yōu)秀班導(dǎo)師”。在國內(nèi)外各類學(xué)術(shù)會議作邀請報(bào)告20余次，先后擔(dān)任中國真空學(xué)會薄膜專業(yè)委員會委員、中國機(jī)械工程學(xué)會表面工程分會第六屆委員會委員、中國機(jī)械工程學(xué)會表面工程分會表面技術(shù)裝備學(xué)組和青年學(xué)組特聘專家、深圳市真空技術(shù)行業(yè)協(xié)會專家委員會委員、湖南省機(jī)械工程學(xué)會摩擦學(xué)分會理事、《Functional diamond》和《金剛石與磨料磨具工程》期刊編委、《表面技術(shù)》期刊青年編委、2021年首屆全國先進(jìn)金屬功能材料制備/加工及應(yīng)用技術(shù)交流會執(zhí)行主席、2019~2021年中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會難降解有機(jī)廢水處理分會主席、2020年第六屆全國有色金屬結(jié)構(gòu)材料制備/加工及應(yīng)用技術(shù)交流會表面涂層分會主席、2019年特種粉末冶金及復(fù)合材料制備加工會議金屬基復(fù)合材料分會主席等學(xué)術(shù)兼職。