智能所在重金属离子检测方面取得新进展

　　近期，中科院合肥研究院智能机械研究所仿生功能材料与传感器件研究中心刘锦淮研究员和中科院“引进海外杰出人才”黄行九研究员领导的课题组创新性地提出了基于分子间隙纳米器件检测重金属离子的新方法，实现了对Hg²⁺的特异性电学敏感响应及检测，并结合理论模拟计算阐明了其敏感机制。该研究成果近期被《自然》出版集团的《科学报告》接收发表(Scientific ReportsSci. Rep. 3, 3115; DOI: 10.1038 / srep 03115 (2013))。

　　纳米间隙器件已成为当前电学传感器研究的热点之一，在实现高灵敏检测方面具有广阔的应用前景。近年来，该研究团队一直致力于此方向的研究，并取得了系列进展。如，综述了纳米间隙电极在传感检测研究方向上的最新发展及动态(《今日材料》Materials Today, 2010, 13, 28-41);将CdSe量子点引入到纳米间隙电极间，借助其光敏特性(紫外可见光)，有效地提高了对有机分子链霉亲和素检测的灵敏度(Small, 2012, 8, 3274-3281);针对化学惰性的PTS检测，基于纳米间隙电极提出了其“抑制电子传输”的检测新原理和新方法(《分析化学》Analytical Chemistry, 2012, 84, 9818-9824)。

　　在上述研究工作的基础上，研究人员进一步将纳米间隙器件引入到重金属离子的检测研究中。通过在叉指微电极间组装填充谷胱甘肽分子层包覆的Au纳米颗粒，间接地实现了分子间隙纳米器件的构筑。该纳米器件对Hg2+显示出高灵敏的电学响应，且表现出较低的检测下限(1纳米)。然而，对于其它重金属离子(如Zn²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺等)，则并未引起器件电导/电阻的改变。为了从分子水平上阐明该纳米器件的特异性敏感机制，研究人员通过理论模拟研究发现：不同于常规的传感器件，该纳米器件的选择性不依赖于修饰物(谷胱甘肽分子)与重金属离子的结合能力。其敏感机制主要在于：重金属离子桥连相邻的Au纳米颗粒间谷胱甘肽分子形成络合物后，改变其前线轨道分布及能量，进而影响到纳米器件的电子输运性能。无疑，该研究工作为设计具有特异性敏感响应的纳米器件提供了新思路。

　　以上研究工作得到了国家重大科学研究计划、中科院“百人计划”以及合肥物质科学技术中心方向项目的支持。

对Pb²⁺具有特异性敏感响应的分子间隙纳米器件示意、实物及机理图