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北大邵元龍研究員等 ACS Appl. Electron. Mater.:聚苯胺基生物/化學(xué)傳感器 - 傳感機(jī)制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和展望
2023-02-07  來(lái)源:高分子科技

  隨著柔性可穿戴器件的發(fā)展,對(duì)生物/化學(xué)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)和高分辨檢測(cè)的需求日益迫切,這對(duì)構(gòu)建可靠和高性能的生物/化學(xué)傳感器提出了更高的要求。聚苯胺(PANI)由于其可調(diào)諧的導(dǎo)電性、可溶液處理能力、本征的柔性和良好的生物相容性而被認(rèn)為是一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的生物/化學(xué)傳感器活性材料。近年來(lái),PANI材料在生物/化學(xué)傳感器中得到了廣泛的研究,從新型合成方法和新型器件結(jié)構(gòu),再到器件集成和各類應(yīng)用場(chǎng)景中都得到了充分的探索和發(fā)展。



  近期在《ACS Appl. Electron. Mater.》期刊上發(fā)表題為“Polyaniline-Based Biological and Chemical Sensors: Sensing Mechanism, Configuration Design, and Perspective”的展望綜述論文(DOI: 10.1021/acsaelm.2c01405)。該論文第一作者為蘇州大學(xué)能源學(xué)院碩士研究生楊東子,第二和第三作者分別為蘇州大學(xué)能源學(xué)院2020級(jí)本科生王駿昌曹祎珊,通訊作者為北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院邵元龍研究員。本文綜述了基于PANI材料的生物/化學(xué)傳感器,主要包括化學(xué)電阻傳感器、電化學(xué)傳感器和晶體管的傳感器,器件結(jié)構(gòu)和傳感機(jī)理出發(fā),結(jié)合材料合成方法及相應(yīng)器件級(jí)傳感性能對(duì)PANI基生物/化學(xué)傳感器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)闡述,并針對(duì)該領(lǐng)域的現(xiàn)存挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了詳盡展望(圖1 


1. PANI基生物/化學(xué)傳感器設(shè)計(jì)


(一)三種類型的PANI基生物/化學(xué)傳感器設(shè)計(jì)


  作者首先介紹了化學(xué)電阻式傳感器的傳感模型和傳感機(jī)理,并對(duì)PANI結(jié)構(gòu)調(diào)控和復(fù)合機(jī)制引入這兩種增強(qiáng)策略進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)和對(duì)比(2)。緊接著,作者討論了PANI在電化學(xué)傳感器中直接與分析物反應(yīng)或固定化/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的能力3隨后,作者從材料設(shè)計(jì)到新功能器件等方面闡述了具有信號(hào)放大功能的晶體管式器件在生物/化學(xué)傳感領(lǐng)域應(yīng)用前景4。 


2. PANI基化學(xué)電阻式傳感器設(shè)計(jì)。 


3. PANI基電化學(xué)式傳感器設(shè)計(jì)。

 4. PANI基晶體管式傳感器設(shè)計(jì)。


(二)PANI基生物/化學(xué)傳感器的新興應(yīng)用


  盡管基于PANI的生物/化學(xué)傳感器在單/多目標(biāo)檢測(cè)器件性能上取得了許多突破,但仍不能完全滿足當(dāng)前對(duì)傳感器的需求。作者對(duì)PANI傳感器未來(lái)的應(yīng)用方向進(jìn)行了總結(jié),主要有三部分智能、柔性化集成化,并針對(duì)這三個(gè)方向當(dāng)前的研究進(jìn)展進(jìn)行了概述(5)。 


5. PANI基傳感器的新興應(yīng)用方向。


(三)總結(jié)與展望


  作者圍繞PANI基生物/化學(xué)傳感器,基于化學(xué)電阻式、電化學(xué)式、晶體管式三種代表性傳感器結(jié)構(gòu),深入揭示了基于PANI的活性傳感材料合成、材料結(jié)構(gòu)、器件結(jié)構(gòu)和傳感性能之間的關(guān)系,并對(duì)PANI基傳感器的新興應(yīng)用方向進(jìn)行了總結(jié)。最后,作者從PANI結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳感器設(shè)計(jì)、機(jī)制解析和集成應(yīng)用四個(gè)方面進(jìn)行了展望,提出了相應(yīng)的挑戰(zhàn)和解決方案,旨在為PANI基的生物/化學(xué)傳感器的理性設(shè)計(jì)提供新思路。


  原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaelm.2c01405


團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介


  張錦,中國(guó)科學(xué)院院士,北京大學(xué)博雅講席教授,國(guó)家杰出青年基金獲得者、教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授、英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)士、中組部萬(wàn)人計(jì)劃創(chuàng)新領(lǐng)軍人才入選者、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。長(zhǎng)期致力于碳納米管等納米碳材料的生長(zhǎng)機(jī)理、表征技術(shù)和制備方法,在NatureNat. Mater.等刊物發(fā)表論文310余篇,獲授權(quán)專利30余項(xiàng)。榮獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)(兩項(xiàng))、全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文指導(dǎo)教師、中國(guó)化學(xué)會(huì)青年化學(xué)獎(jiǎng)、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才資助計(jì)劃和北京大學(xué)十佳導(dǎo)師等獎(jiǎng)勵(lì),F(xiàn)任北京大學(xué)副校長(zhǎng)、北京大學(xué)深圳研究生院院長(zhǎng)、北京石墨烯研究院副院長(zhǎng)和國(guó)家納米科學(xué)中心副主任(兼)。


  邵元龍,北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究員PI、博導(dǎo)),北京石墨烯研究院烯碳纖維材料課題組組長(zhǎng),海外高層次人才計(jì)劃入選者,江蘇省雙創(chuàng)人才,姑蘇青年領(lǐng)軍人才。2019-2022年在蘇州大學(xué)能源學(xué)院任特聘教授。20226月加入北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。在Nat. Rev. Mater.,Chem. Rev.Nat. Commun.Adv. Mater.Energy Environ. Sci.等期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇,總引用8000余次。主持國(guó)家自然科學(xué)基金,江蘇省自然科學(xué)基金,蘇州市重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目,石墨烯再生羊毛企業(yè)橫向等多個(gè)科研項(xiàng)目。研究方向主要聚焦在烯碳熱管理纖維及特種應(yīng)用。


  團(tuán)隊(duì)網(wǎng)站:http://jinzhangpku.bgi-graphene.com/


北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張錦院士團(tuán)隊(duì)博士后招聘啟事


  北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張錦院士團(tuán)隊(duì)主要聚焦烯碳纖維的規(guī);苽浼夹g(shù),系統(tǒng)研究纖維微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的傳遞規(guī)律,旨在開(kāi)發(fā)輕質(zhì)、高強(qiáng)的烯碳熱管理復(fù)合纖維,著力探索在智能控溫等領(lǐng)域的特殊應(yīng)用。根據(jù)科研工作需要,課題組現(xiàn)擬招聘相關(guān)研究方向的博士后4-6名,歡迎國(guó)內(nèi)外具有相關(guān)研究背景的優(yōu)秀博士畢業(yè)生加盟。


一、崗位要求


  1. 已經(jīng)或即將取得國(guó)內(nèi)外知名高校及科研院所的物理、化學(xué)、材料等理工科博士學(xué)位;

  2. 具備高分子物理/化學(xué)、石墨烯/碳納米管制備、濕紡/熔紡、紡織、相變材料等方向研究經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)先錄;

  3. 身心健康,品行端正,富有責(zé)任感,對(duì)創(chuàng)新研究有強(qiáng)烈的興趣和追求,具有獨(dú)立科研能力,工作態(tài)度積極熱情;

  4. 具有良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和溝通交流能力,較強(qiáng)的中英文交流寫(xiě)作能力;

  5. 符合北京大學(xué)博士后招收的其他要求,遵守博士后管理相關(guān)規(guī)定;

  6. 博士后入站后須全職從事博士后研究工作。


二、崗位待遇


  博士后基本待遇按照北京大學(xué)博士后管理辦法執(zhí)行,待遇條件具有競(jìng)爭(zhēng)力:按照國(guó)家和學(xué)校有關(guān)規(guī)定,提供住房公積金、物業(yè)補(bǔ)貼、養(yǎng)老保險(xiǎn)、職業(yè)年金、醫(yī)療、失業(yè)保險(xiǎn)、工傷保險(xiǎn)等福利待遇,解決博士后期間子女入托、入學(xué)問(wèn)題;提供博士后公寓或6萬(wàn)元/年租房補(bǔ)貼;為符合條件者提供1.2萬(wàn)元/年住房補(bǔ)貼;根據(jù)個(gè)人情況鼓勵(lì)申請(qǐng)北京大學(xué)博雅博士后項(xiàng)目、博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃、博士后國(guó)際交流計(jì)劃引進(jìn)項(xiàng)目、或北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院彤程博士后項(xiàng)目等資助。其中博雅博士后年薪37萬(wàn),彤程博士后年薪28萬(wàn),統(tǒng)招博士后年薪26萬(wàn)。詳細(xì)信息可參見(jiàn)相關(guān)申請(qǐng)公告:
https://postdocs.pku.edu.cn
http://www.mse.pku.edu.cn/info/1166/1529.htm。


  博士后出站后可以推薦并優(yōu)先擇優(yōu)錄用至北京石墨烯研究院等合作單位,并為其辦理落戶手續(xù)。北京石墨烯研究院作為政產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合構(gòu)建的新型研發(fā)機(jī)構(gòu),擁有全新的運(yùn)營(yíng)模式和人才激勵(lì)機(jī)制,福利待遇豐厚,并優(yōu)先享受國(guó)家和北京市各項(xiàng)科技、人才和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)政策。表現(xiàn)優(yōu)異的博士后有機(jī)會(huì)在工作期間出國(guó)學(xué)習(xí),或者出站后推薦去國(guó)外優(yōu)秀研究組繼續(xù)深造。


、應(yīng)聘材料


  1. 詳細(xì)的個(gè)人簡(jiǎn)歷,包括學(xué)習(xí)經(jīng)歷、工作經(jīng)歷、研究工作內(nèi)容、主要學(xué)術(shù)成果;

  2. 研究陳述;

  3. 博士學(xué)位復(fù)印件;

  4. 專家推薦信,其中一封來(lái)自研究生導(dǎo)師(可正式入站申請(qǐng)時(shí)提交)。


  有意向請(qǐng)聯(lián)系:jinzhang@pku.edu.cnshaoyuanlong@pku.edu.cn


  請(qǐng)?jiān)卩]件主題注明:博士后申請(qǐng)+烯碳纖維材料+本人姓名+博士畢業(yè)院校。

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