超硬材料网

前 沿

       近期，《CARBON》期刊在线发表了中南大学魏秋平教授课题组在金刚石材料在抗污领域应用的综述。本综述首先介绍了表面化学(即掺杂水平、表面端基和晶体取向)和表面形貌等因素对BDD防污性能的影响。讨论了BDD表面的电化学污染及恢复表面活性的清洗手段。其次，综述了金刚石材料在生物相关传感应用方面的最新进展和成就，包括BDD微电极、基于BDD的微流控器件以及非侵入式可穿戴BDD传感器。最后讨论了金刚石在防污领域的应用前景和挑战。

背 景 介 绍

       传统电极材料(如金属电极或金属氧化物、玻璃碳和碳纤维电极)在电化学测量过程中通常会发生严重的表面物质吸附（污染），特别是在测定有机物质 (如多巴胺、氨基酸、蛋白质、药物分子)时，其氧化产物和中间产物可能吸附在电极表面，导致电流响应信号的衰减。金刚石电极材料具有优异的电化学性能，不仅具有较宽的水稳定性电势窗口、较低的背景电流、优异的电化学稳定性，而且具有优异的防污性能。导电金刚石电极材料，特别是掺硼金刚石电极(BDD)，具有优异的抑制表面被污染的特性，如其具有表面惰性，对污染物具有弱吸附性；在高电位下产生强氧化剂(如:羟基自由基)，可通过自清洁抑制生物膜的形成。因此金刚石材料是极具潜力的抗污传感用材料。

图 文 解 析

       金刚石的防污性能与其表面化学性质和表面形貌密切相关。表面化学涉及掺杂原子的浓度(如硼或氮)、表面端基(如H端和O端BDD)和晶体取向，包括晶面类型(100)、(110)和(111)。本综述探讨了这些影响因素与金刚石防污性能之间的关系。

       从电化学传感或生物传感的角度来看，电极浸泡在含有多种物质的复杂溶液时，特别是当氧化物(如多巴胺、多肽、蛋白质)不断在电极表面发生电化学反应氧化时，电极表面不可避免的被污染。本综述讨论了金刚石电极发生电化学污染的可能机制及恢复被污染金刚石电极表面电化学活性的现有策略。

       在本文第四节，综述了最新的具有代表性的金刚石传感器工作进展，包括金刚石或金刚石基微传感器、金刚石基微流控设备和微流控设备衍生的可穿戴传感器。

论 文 小 结

       这篇综述表明，金刚石是一种极具前途的理想防污材料。令人兴奋的是，最近的研究工作已成功地将基于BDD材料的传感器应用于微流控设备，甚至是非侵入式可穿戴传感器设备。我们期待高抗污的BDD生物传感材料在临床应用中大展身手。

论 文 主 要 作 者 简 介

       邓泽军，中南大学材料科学与工程学院讲师，Functional Diamond青年编委。2020年博士毕业于巴黎综合理工大学，2020-2021年在新加坡国立大学开展博士后研究。主要从事导电金刚石、界面电化学、电化学传感器等领域研究，目前以第一或通讯作者在Chem. Sci., Anal. Chem., Carbon, Chem. Eng. J., Sens. Actuators B-Chem., Electrochim. Acta等期刊发表SCI论文10篇。

       朱睿童，中南大学粉末冶金学院研究生。主要研究方向为生物传感电化学与功能材料，以第一作者在Carbon, J. Electroanal. Chem., Funct. Dia.等期刊发表SCI论文3篇。

       通讯作者：魏秋平，中南大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，粉末冶金国家重点实验室固定人员，功能薄膜涂层与表面技术交叉研究中心负责人。主要从事功能薄膜与涂层材料以及材料表面改性技术研究，参与和主持国家“十三五”、“十四五”重点研发、广东省“十三五”重点研发、湖南省高新技术产业科技创新引领计划、湖南省战略性新兴产业科技攻关与重大成果转化专项、国家自然科学基金等20余项。累计发表学术论文140余篇（第一或通讯作者SCI论文100余篇，JCR1区50余篇），申请专利90余项（其中PCT国际（美国）发明专利6项，授权中国专利49项），荣获首届长沙“优秀发明人”。在中国“互联网+”大学生创新创业大赛中先后斩获金奖（中南大学首金）、银奖和铜奖，先后获得中国、湖南省、中南大学“优秀创新创业导师”称号，“产教融合•三力并举的工科创新创业人才培养模式改革实践”荣获“湖南省高等教育教学成果奖”。2012-2020年间先后被评为中南大学“优秀班导师标兵”和“优秀班导师”。在国内外各类学术会议作邀请报告20余次，先后担任中国真空学会薄膜专业委员会委员、中国机械工程学会表面工程分会第六届委员会委员、中国机械工程学会表面工程分会表面技术装备学组和青年学组特聘专家、深圳市真空技术行业协会专家委员会委员、湖南省机械工程学会摩擦学分会理事、《Functional diamond》和《金刚石与磨料磨具工程》期刊编委、《表面技术》期刊青年编委、2021年首届全国先进金属功能材料制备/加工及应用技术交流会执行主席、2019~2021年中国环境科学学会学术年会难降解有机废水处理分会主席、2020年第六届全国有色金属结构材料制备/加工及应用技术交流会表面涂层分会主席、2019年特种粉末冶金及复合材料制备加工会议金属基复合材料分会主席等学术兼职。