现代工业的全球化给地球带来了诸多生态环境问题，其中日益严重的水污染和食品安全等问题正严重危害着我们的身体健康。在生物小分子检测方面具有独特优势的（光电化学）PEC生物传感器，越来越引起人们的重视。然而，使用刚性光电极的初代光电化学生物传感器，逐渐难以满足人们对临床诊断和现场检测快速分析的实际需求。因此，开发具有高效光电转换性能的柔性电极基材是构建微型化和便携式的高性能光电化学生物传感器的迫切需求。然而，在实际应用中，制备具有高性能、轻质和柔性的PEC生物传感器基料是一项巨大的挑战。

近日，天津工业大学李婷婷副教授&楼静文特聘教授团队在期刊《Ceramics International》上，发表了最新研究成果“A flexible, highly adaptive, self-standing photoelectrochemical aptasensor based on 3D pinecone-like structure BiOBr/TiO2 hierarchical nanofiber membranes”。研究者通过静电纺丝、晶体掺杂和连续离子层吸附反应法（SILAR），制备出力学性能优异、轻质和分层异质结构的柔性BiOBr/TiO2纳米纤维复合膜。所得BiOBr/TiO2复合膜具有均匀的纤维网络结构和空隙结构，与TiO2纤维膜相比，比表面积提升了1.9倍。此外，由于p型半导体BiOBr和n型半导体TiO2复合形成p-n型异质结，以内部电场促进载流子的空间分离，因此BiOBr/TiO2复合膜表现出更强、更稳定的光电性能，与BiOBr和TiO2纤维膜相比，其光电流分别提高了3.4倍和12.1倍。

此外，以BiOBr/TiO2复合膜为柔性光电极基材构建了一种信号减弱型的PEC适配体传感器，实现了对番茄样品中黄曲霉毒素B1（AFB1）的超灵敏检测，在优化条件下，测定AFB1的线性范围为(1.0 pg mL-1~400 ng mL-1)，检测极限为0.12 pg mL-1 (S/N = 3)。该设计原理为微型化和便携式的高性能光电化学生物传感器开发提供了新的思路。

图1：BiOBr/TiO2纳米纤维复合膜的制备和形态。

通过SEM和TEM对纯TiO2 NFM、BiOBr和BiOBr/TiO2 NFM的微观结构和形貌进行了观察分析，结果如图1（A-H）所示。可以明显发现纯TiO2 NFM具有典型的静电纺丝纳米纤维形状，纳米纤维直径大约为150~500 nm，且表面光滑（图1A）。而BiOBr呈现的纳米球是由许多几十纳米厚的纳米片组成（图1B-C）。从图1（D-G）可以看出，随着SILAR循环次数的增加，覆盖在TiO2纳米纤维表面上的BiOBr纳米片逐渐增加，形成均匀致密的类似松果状的分层结构。

当SILAR循环次数达到9和12次时，可以发现多余的Br－和Bi3+会在TiO2 NFM表面聚集形成BiOBr纳米球（图1 (F-G)）。图1 (H)显示了3-BiOBr/TiO2 NFM的TEM图像，从中可以观察到BiOBr纳米片紧密粘附在TiO2纳米纤维上，表明它们之间存在紧密的界面异质结，形成的这些异质结构可以有效地改善光生电子空穴对的转移，从而提高其光电性能。

图2：BiOBr/TiO2纳米纤维复合膜的力学性能及轻柔性。

如图2所示，为五种不同纳米膜的典型拉伸应力-应变曲线，机械性能好、重量轻、柔软的电极衬底是制造柔性、自立式和便携式PEC传感器的关键因素。与纯TiO2 NFM相比，BiOBr/TiO2 NFM的机械强度有明显提高，抗拉强度随着SILAR循环次数从0增加到12，从0.28 MPa逐渐提高到0.82 MPa。图2(C-E)分别证明了6-BiOBr/TiO2 NFM的拉伸性、柔韧性和轻盈性。

图3：基于BiOBr/TiO2复合膜构建光电化学适配体传感器的组装流程示意图。

图4：(A)不同浓度AFB1作用下BiOBr/TiO2 NFM/ aptamer电极的光电流响应(从a到j依次为：0，1.0×10−3，1.0×10−2，0.1，1.0，10，100，200，400 ng mL−1)；(B)柔性传感器上AFB1剂量的校准曲线；(C)不同干扰物质下基于光电流的适体传感器的选择性；(D)在4℃下构建的柔性传感器在15天内的稳定性。

简而言之，该研究基于柔性TiO2纳米纤维膜，采用连续离子层吸附反应法（SILAR）制备了柔性BiOBr/TiO2 NFM，并基于这种柔性纳米纤维膜成功开发了一种用于检测AFB1的柔性PEC适配体传感器。首先，通过研究不同SILAR循环次数对TiO2纳米纤维膜的表面微观结构、力学性能、比表面积和光电化学性能的影响选出性能最优的BiOBr/TiO2 NFM。然后，以选出的BiOBr/TiO2 NFM为传感器电极基材，结合适配体的特异性构建了一种柔性PEC适配体传感器，并对该传感器的检测机制进行了探讨。为具有高效光电转换性能的柔性电极基材的设计提供了新的思路。论文的第一作者为天津工业大学纺织科学与工程学院廖喜林博士，天津工业大学李婷婷副教授和楼静文特聘教授为论文的通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.06.019

人物简介：

第一作者

廖喜林，天津工业大学博士，中原工学院青年教师。主要从事纳米纤维复合材料的制备及在光电化学生物传感器中的应用研究工作。近3年以第一作者在Science of the Total Environment、Ceramics International、Chemosphere、Microchemical Journal等国际英文期刊上发表SCI论文5篇。

通讯作者

李婷婷，天津工业大学纺织科学与工程学院副教授，博士生导师。天津工业大学纺织科学与工程学院智慧纺织与节能制品创新平台科研创新团队负责人。2021年全球2%顶尖科学家。同时，担任逢甲大学和青岛大学“尖端医护与防护科技研究中心”科技顾问；中国纺织工程学会产业用纺织品分委员会高级会员；全国信标委人工智能分委员会单位委员；Polymers 期刊客座编辑。在纺织材料相关领域以第一作者或通讯作者发表SCI二区及以上论文100余篇（其中高被引论文2篇，一区论文19篇，影响因子10.0以上14篇），总引用次数1000多次，H指数22，已获授权发明专利9项，其中国际专利1项。

楼静文，台湾亚洲大学特聘教授，同时任职于天津工业大学“天工学者”特聘讲座教授，信州大学访问学者，青岛大学客座教授，闽江学院“闽都学者”特聘讲座教授，中台科技大学生物科技暨医学工程研究所教授、研发长及逢甲大学纤维与复合材料学系教授，中国医药大学附设医院医学研究部顾问。2020年10月以1.56%入列美国Stanford大学John P.A.Ioannidis教授团队所发表的世界排名前2%的材料领域科学家名单。在纺织材料相关领域以第一作者或通讯作者发表519篇学术期刊SCI及EI论文（其中期刊SCI 论文323篇）、国际学术研讨会论文728篇、执行96件跨领域及产学研究项目，拥有近58项技术专利、已指导培育硕士及博士超过125人、且担任30余家国际期刊审查委员及曾作40余场专题演讲；近三年“nonwoven(非织布)”主题的国际权威SCI 期刊学术成果在Web of Science Core Collection--Science Citation Index Expanded电子资料库检索，发表篇数全球排名第1。