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物理学 > 应用物理

arXiv:2507.11843v1 (physics)
[提交于 2025年7月16日 ]

标题: 磁光光电化学二维异质结平台用于生物传感检测

标题: Magneto-photoelectrochemical 2D heterojunction platform for biosensing detection

Authors:Tao Wang, Nan Zhang, Hongjie Huang, Yunhe An, Yunyun Dai, Yongrui Li, Nan Yang, Chaojie Yang, Xinran Zhou, Yucheng Zhu, Yingshan Ma, Lingling Huang, Yongtian Wang, Yang Liu, Zhiyong Yan
摘要: 光电化学(PEC)生物传感器由于其高灵敏度和低背景噪声,在生物分子检测方面展现出巨大的潜力。然而,其性能受到光生电荷载流子快速复合的严重限制。本研究创新性地引入了一种非接触式磁调制策略,通过操控载流子自旋状态来抑制电子-空穴复合,从而显著提高光电转换效率。基于这一机制,我们开发了一种基于MXenes/钴掺杂二氧化钛(Co-TiO2)异质结构的新颖磁调制PEC生物传感平台。该平台实现了对蛋白激酶A(PKA)活性的超灵敏检测。与未应用磁场的相同探针修饰的生物传感器相比,所开发的平台检测灵敏度提高了68.75%,并实现了0.00016 U/mL的超低PKA检测限。它还表现出从0.005到80 U/mL的宽线性范围。这项研究不仅为激酶活性分析提供了一种新方法,还开创了增强PEC传感的磁调制创新策略。它为开发高性能生物传感平台开辟了新途径,在早期疾病诊断和药物筛选应用中具有重要意义。
摘要: Photoelectrochemical (PEC) biosensors exhibit significant potential for biomolecule detection due to their high sensitivity and low background noise. However, their performance is severely constrained by the rapid recombination of photogenerated charge carriers. This study innovatively introduces a non-contact magnetic modulation strategy to suppress electron-hole recombination by manipulating carrier spin states, thereby significantly enhancing photoelectric conversion efficiency. Building on this mechanism, we developed a novel magnetically modulated PEC biosensing platform based on the MXenes/cobalt-doped titanium dioxide (Co-TiO2) heterostructure. This platform achieved ultrasensitive detection of protein kinase A (PKA) activity. Compared to an identical probe-modified biosensor without magnetic field application, the developed platform demonstrated a 68.75% enhancement in detection sensitivity and achieved an ultralow detection limit for PKA of 0.00016 U/mL. It also exhibited a wide linear range from 0.005 to 80 U/mL. This research not only provides a novel methodology for kinase activity analysis but also pioneers the innovative strategy of magnetic modulation for enhanced PEC sensing. It opens new avenues for developing high-performance biosensing platforms, holding significant promise for early disease diagnosis and drug screening applications.
主题: 应用物理 (physics.app-ph) ; 光学 (physics.optics)
引用方式: arXiv:2507.11843 [physics.app-ph]
  (或者 arXiv:2507.11843v1 [physics.app-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.11843
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Nan Zhang [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 7 月 16 日 02:15:40 UTC (2,179 KB)
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