前 沿

       近期，《CARBON》期刊在線發(fā)表了中南大學魏秋平教授課題組在金剛石材料在抗污領(lǐng)域應用的綜述。本綜述首先介紹了表面化學(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表面的電化學污染及恢復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)傳感應用方面的最新進展和成就，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)在電化學測量過程中通常會發(fā)生嚴重的表面物質(zhì)吸附（污染），特別是在測定有機物質(zhì) (如多巴胺、氨基酸、蛋白質(zhì)、藥物分子)時，其氧化產(chǎn)物和中間產(chǎn)物可能吸附在電極表面，導致電流響應信號的衰減。金剛石電極材料具有優(yōu)異的電化學性能，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)異的電化學穩(wěn)定性，而且具有優(yōu)異的防污性能。導電金剛石電極材料，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性質(zhì)和表面形貌密切相關(guān)。表面化學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)的復雜溶液時，特別是當氧化物(如多巴胺、多肽、蛋白質(zhì))不斷在電極表面發(fā)生電化學反應氧化時，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)生電化學污染的可能機制及恢復被污染金剛石電極表面電化學活性的現(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展，包括金剛石或金剛石基微傳感器、金剛石基微流控設備和微流控設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材料的傳感器應用于微流控設備，甚至是非侵入式可穿戴傳感器設備。我們期待高抗污的BDD生物傳感材料在臨床應用中大展身手。

論 文 主 要 作 者 簡 介

       鄧澤軍，中南大學材料科學與工程學院講師，F(xiàn)unctional Diamond青年編委。2020年博士畢業(yè)于巴黎綜合理工大學，2020-2021年在新加坡國立大學開展博士后研究。主要從事導電金剛石、界面電化學、電化學傳感器等領(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，中南大學粉末冶金學院研究生。主要研究方向為生物傳感電化學與功能材料，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，中南大學材料科學與工程學院教授，博士生導師，粉末冶金國家重點實驗室固定人員，功能薄膜涂層與表面技術(shù)交叉研究中心負責人。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”重點研發(fā)、廣東省“十三五”重點研發(fā)、湖南省高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新引領(lǐng)計劃、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、國家自然科學基金等20余項。累計發(fā)表學術(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（其中PCT國際（美國）發(fā)明專利6項，授權(quán)中國專利49項），榮獲首屆長沙“優(yōu)秀發(fā)明人”。在中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中先后斬獲金獎（中南大學首金）、銀獎和銅獎，先后獲得中國、湖南省、中南大學“優(yōu)秀創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導師”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)模式改革實踐”榮獲“湖南省高等教育教學成果獎”。2012-2020年間先后被評為中南大學“優(yōu)秀班導師標兵”和“優(yōu)秀班導師”。在國內(nèi)外各類學術(shù)會議作邀請報告20余次，先后擔任中國真空學會薄膜專業(yè)委員會委員、中國機械工程學會表面工程分會第六屆委員會委員、中國機械工程學會表面工程分會表面技術(shù)裝備學組和青年學組特聘專家、深圳市真空技術(shù)行業(yè)協(xié)會專家委員會委員、湖南省機械工程學會摩擦學分會理事、《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年首屆全國先進金屬功能材料制備/加工及應用技術(shù)交流會執(zhí)行主席、2019~2021年中國環(huán)境科學學會學術(shù)年會難降解有機廢水處理分會主席、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合材料制備加工會議金屬基復合材料分會主席等學術(shù)兼職。