關(guān)鍵詞：光電化學(xué)分析；生物傳感器；絲網(wǎng)印刷電極；光活性材料；信號(hào)放大技術(shù)

1 引言

光電化學(xué)（PEC）傳感是一種涉及將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的新興分析技術(shù)。由于它具有背景信號(hào)低、靈敏度高、準(zhǔn)確性高和響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，因此引起了人們的極大興趣。廣義上講，傳統(tǒng)電化學(xué)傳感、PEC傳感和電化學(xué)發(fā)光（ECL）傳感都屬于電化學(xué)分析1。與傳統(tǒng)電化學(xué)傳感相比，PEC傳感由于激發(fā)源和檢測(cè)信號(hào)的能量形式不同，背景信號(hào)更低且靈敏度更高2–4。與ECL傳感相比，電子讀數(shù)的使用使PEC傳感成本更低，設(shè)備更簡(jiǎn)單，更易于小型化1。一個(gè)典型的PEC傳感系統(tǒng)由三部分組成：激發(fā)光源、檢測(cè)系統(tǒng)（電解質(zhì)和電極）和信號(hào)讀取裝置5。根據(jù)電子傳輸方向，PEC傳感器可分為陽極型和陰極型6。陽極型PEC傳感器使用n型半導(dǎo)體作為光活性材料，而陰極型PEC傳感器使用p型半導(dǎo)體作為光活性材料。PEC傳感的一般工作原理如下（圖1）：在光照下，工作電極上的光活性材料被具有足夠能量的光子激發(fā)（半導(dǎo)體可以被能量等于或大于其固有帶隙的光子激發(fā)），產(chǎn)生電子-空穴（e-h）對(duì)。然后，電解質(zhì)中的電子供體（D）或受體（A）可以在工作電極界面處中和生成的空穴或捕獲生成的電子。最終，在外部偏置電位作用下，通過電子傳輸形成恒定的陽極或陰極電流，并顯示在信號(hào)讀取裝置上7–9。當(dāng)目標(biāo)分析物與工作電極上的識(shí)別元件相互作用后，可觸發(fā)電信號(hào)的變化。目標(biāo)分析物的濃度與電信號(hào)的變化之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分析物的定量分析6，10。

近年來，作為PEC分析的一個(gè)分支，PEC生物傳感已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)11。在PEC生物傳感器中，生物識(shí)別元件（酶、抗體、核酸和肽等）與其相應(yīng)靶標(biāo)之間的特異性相互作用，通過直接或間接改變光活性材料的性質(zhì)或電解質(zhì)環(huán)境而引起電信號(hào)的變化12，13。PEC生物傳感器結(jié)合了傳統(tǒng)PEC分析的高靈敏度和生物相互作用的高特異性的優(yōu)勢(shì)，因此在各種應(yīng)用中都具有廣闊的前景。目前，PEC生物傳感已廣泛應(yīng)用于疾病診斷11，14、食品安全檢測(cè)13，15和環(huán)境監(jiān)測(cè)16。

一次性絲網(wǎng)印刷電極（SPE）在電化學(xué)分析中的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了電化學(xué)傳感設(shè)備的小型化，使其順應(yīng)了即時(shí)檢測(cè)（POCT）的發(fā)展趨勢(shì)。迄今為止，已有大量關(guān)于絲網(wǎng)印刷電化學(xué)（生物）傳感器的研究工作得到總結(jié)17–22。此外，使用SPE的ECL生物傳感器也得到了綜述23。盡管有關(guān)絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器的出版物數(shù)量逐年增加，但只有少數(shù)關(guān)于紙基分析設(shè)備的綜述文章涵蓋了一些相關(guān)工作10，24，25。簡(jiǎn)而言之，目前缺乏對(duì)絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器的全面總結(jié)。

眾所周知，光活性材料在PEC生物傳感器中起著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗鼈儾粌H是光電轉(zhuǎn)換平臺(tái)，還是識(shí)別元件的裝載平臺(tái)6。各種光活性材料，如金屬氧化物、金屬硫族化合物、碳納米材料等，已被廣泛用于制備PEC生物傳感器。然而，常用的單一光活性材料存在一些缺點(diǎn)（如可見光吸收差、電子-空穴復(fù)合率高和光腐蝕），導(dǎo)致光電性能不理想。因此，合理設(shè)計(jì)和工程化光活性材料被認(rèn)為是構(gòu)建高性能光電極的關(guān)鍵。此外，通常還需要一些信號(hào)放大策略以進(jìn)一步提高PEC生物傳感器的靈敏度26–28。鑒于此，本文首次系統(tǒng)總結(jié)了用于絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器的功能材料的研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了光活性材料的設(shè)計(jì)和工程化策略，以及PEC生物傳感器的信號(hào)放大技術(shù)，旨在為讀者提供這一蓬勃發(fā)展領(lǐng)域的全面信息。此外，本文還討論了絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器所面臨的挑戰(zhàn)和前景，為促進(jìn)絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器的發(fā)展和商業(yè)化提供有益的指導(dǎo)。

2 SPE簡(jiǎn)介

與傳統(tǒng)電極（如玻碳電極）相比，集成的SPE具有成本低、樣品消耗少、便攜、易于操作、可大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，有利于傳感設(shè)備的小型化20。隨著人們對(duì)可穿戴電子設(shè)備和POCT設(shè)備的需求日益增長(zhǎng)，SPE在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛29。典型的SPE由三個(gè)電極組成：工作電極（WE）、對(duì)電極（CE）和參比電極（RE） 30。有時(shí)，為了滿足實(shí)際需求或提高某種疾病的檢測(cè)精度，可以在一個(gè)SPE中設(shè)計(jì)兩個(gè)或更多WE，共用一個(gè)對(duì)電極和參比電極，以同時(shí)檢測(cè)多種分析物。SPE的制造是通過使用絲網(wǎng)/網(wǎng)格支撐阻墨模版，并用刮刀在絲網(wǎng)模版上移動(dòng)，然后將油墨印刷到固體基底上21，31 （圖2a）。通常需要兩個(gè)或更多的絲網(wǎng)/網(wǎng)格來實(shí)現(xiàn)油墨的逐層印刷，最終在基底上形成特定的電極圖案（圖2b）。每層印刷后，油墨層需要通過熱處理固化。最后，需要用絕緣油墨涂層將導(dǎo)電軌道保護(hù)起來。具體來說，SPE的制造是一個(gè)多步驟的過程，包括材料的選擇（包括絲網(wǎng)/網(wǎng)格、適當(dāng)粘度的油墨和基底）、印刷、干燥和固化過程30，32，33。紙張、織物、塑料、玻璃、氧化鋁或陶瓷表面通常用作制造SPE的基底30，34。碳墨（主要含石墨）因其價(jià)格低廉、易于改性和化學(xué)惰性而成為了最為廣泛使用的油墨。此外，其他碳納米材料（如石墨烯、碳納米管）、金、銀、鎳、鈀、銅以及一些金屬氧化物也被用作印刷油墨，以滿足各種研究需求34。

用于SPEs的印刷油墨中包含一些礦物粘合劑或絕緣聚合物以提高附著力，這可能會(huì)阻礙WE表面的電子傳輸31。為了改善裸SPE電子傳輸緩慢的問題以獲得更好的分析性能，各種納米材料，如金屬、金屬氧化物、碳納米材料、導(dǎo)電聚合物等，已被用于改性SPE 20。改性可以通過各種方法（如滴鑄、噴墨印刷、電沉積）在電極表面修飾納米材料或直接將納米材料添加到印刷油墨中來實(shí)現(xiàn)19，20，35。

3 用于絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器的納米材料

光活性材料對(duì)PEC生物傳感器至關(guān)重要，因?yàn)槠湫再|(zhì)直接影響PEC生物傳感器的分析能力。因此，開發(fā)具有優(yōu)異的光吸收能力、高光電轉(zhuǎn)換效率、良好的電子-空穴分離能力和穩(wěn)定性的理想光活性材料具有重要意義。迄今為止，已經(jīng)有各種半導(dǎo)體納米材料被應(yīng)用于制備絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器。概括起來，這些納米材料可以分為四大類：金屬氧化物、金屬硫族化合物、碳納米材料和鉍基納米材料。純光活性材料通常具有一些缺點(diǎn)，因此需要一定的設(shè)計(jì)和工程化策略來改善其光電性能。下文總結(jié)了用于絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器的光活性材料，重點(diǎn)介紹了這些材料的設(shè)計(jì)和工程化策略。此外，下文還介紹了一些具有代表性的絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器，以及一些重要的信號(hào)放大策略。

3.1 金屬氧化物

金屬氧化物納米材料因其無毒性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，已成為用于絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感最受歡迎的材料。然而，金屬氧化物具有帶隙寬和光生電子-空穴對(duì)復(fù)合速率快的缺點(diǎn)，導(dǎo)致光電性能較差。因此，人們采用了各種策略來克服這些局限性。目前，廣泛用于制造絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器的金屬氧化物包括ZnO、TiO2、Cu2O和WO3等。表1總結(jié)了基于這些金屬氧化物的絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器，包括其電極、光活性材料、識(shí)別元件、目標(biāo)分析物和分析性能36–70。

3.1.1 ZnO

在用于PEC傳感的光活性材料中，ZnO因其優(yōu)異的電子遷移率、高熔點(diǎn)、優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的生物相容性而被廣泛應(yīng)用40，45。然而，ZnO在PEC傳感器中的應(yīng)用受到了帶隙寬、光利用率低和載流子復(fù)合速率高的限制42，45。因此，一些帶隙較窄的半導(dǎo)體（如CdS、CdSe和CdTe）通常被用于拓寬ZnO的光吸收范圍，并提高ZnO的光生電子-空穴分離的效率，最終提高其光電流響應(yīng)45。

CdS敏化ZnO納米結(jié)構(gòu)已在檢測(cè)腫瘤標(biāo)志物方面展示出良好的PEC性能。多壁碳納米管（CNTs）因其多樣化的表面化學(xué)性質(zhì)和優(yōu)異的電活性而成為構(gòu)建電化學(xué)傳感器的極具吸引力的材料71。因此，研究人員采用聚二甲基二烯丙基氯化銨功能化的多壁碳納米管（PDDA-CNTs）修飾絲網(wǎng)印刷碳工作電極。在此基礎(chǔ)上，利用CdS QD敏化的多維多孔ZnO球開發(fā)了一種用于檢測(cè)CEA的PEC免疫傳感器36。一項(xiàng)研究利用CdS QD敏化的ZnO納米棒作為光活性材料，以及葡萄糖氧化酶（GOx）功能化的納米多孔銀作為第二抗體的標(biāo)簽來放大光電流信號(hào)，在Au@Pt納米粒子修飾的紙工作電極（Au@Pt-PWE）上建立了一個(gè)用于靈敏檢測(cè)CEA和AFP的三維PEC免疫裝置37。外部光源的參與偏離了PEC低成本、便攜的趨勢(shì)，因此，一些化學(xué)發(fā)光（CL）系統(tǒng)被開發(fā)出來以取代外部光源。研究人員利用多孔ZnO球和HRP標(biāo)記的抗體修飾的CdS納米棒制備了一個(gè)用于檢測(cè)PSA的PEC競(jìng)爭(zhēng)型免疫傳感器，該傳感器采用了luminol-H2O2-辣根過氧化物酶（HRP）-對(duì)碘酚（PIP） CL系統(tǒng)38。另一項(xiàng)研究開發(fā)了一種用于檢測(cè)CA125的PEC免疫傳感器。該傳感系統(tǒng)是以CdS QD敏化的ZnO納米棒作為光活性材料，并將N-氨丁基-N-乙基異魯米諾（ABEI）和HRP固定在氧化石墨烯（GO）上構(gòu)建的一個(gè)CL系統(tǒng)作為內(nèi)部激發(fā)光源建立起來的39。在上述兩種PEC傳感器中，有效避免了外部光源，同時(shí)大大增強(qiáng)了光電流響應(yīng)。

盡管CdS敏化劑可以提高ZnO的PEC性能，但在CdS和ZnO之間的界面處仍存在光生電荷的載流子復(fù)合。為了抑制界面處的載流子復(fù)合并進(jìn)一步提高PEC性能，研究人員合成了一種CdS量子點(diǎn)/rGO/ZnO納米棒陣列（NRAs）異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中rGO充當(dāng)電子中介體，有效減緩了電子-空穴復(fù)合速率。通過將上述異質(zhì)結(jié)構(gòu)組裝到金納米顆粒修飾的紙工作光電極（Au-PWE）上，制備了一種基于CL可尋址策略的PEC分析平臺(tái)，用于miRNAs的多通道傳感42。

由于鎘基納米材料的潛在毒性，有必要開發(fā)用于敏化ZnO的無毒納米材料。硫銦銅（CuInS2）因其無毒性、在整個(gè)可見光區(qū)域的高吸收系數(shù)以及與ZnO相匹配的能級(jí)而成為一個(gè)理想的候選材料。基于ZnO/CuInS2/Ag2Se光活性結(jié)構(gòu)的級(jí)聯(lián)敏化效應(yīng)以及核酸酶驅(qū)動(dòng)的靶雙循環(huán)擴(kuò)增策略，研究人員提出了一種用于檢測(cè)miRNA-141的紙基PEC傳感器（圖3）。制備傳感器時(shí)，首先在PAE上組裝CuInS2微球敏化的ZnO納米片，然后固定發(fā)夾DNA（H2）。當(dāng)目標(biāo)miRNA-141存在時(shí)，雙鏈特異性核酸酶（DSN）激活第一次靶循環(huán)擴(kuò)增，產(chǎn)生大量轉(zhuǎn)換DNA （cDNA）。然后，當(dāng)H2固定的電極與生成的cDNA和λ-外切酶（λ-Exo）結(jié)合時(shí)，啟動(dòng)第二次靶循環(huán)擴(kuò)增，產(chǎn)生大量短DNA（sDNA）。sDNA可以進(jìn)一步與Ag2Se QD 標(biāo)記的pDNA 雜交， 并觸發(fā)ZnO/CuInS2/Ag2Se光活性結(jié)構(gòu)的級(jí)聯(lián)敏化效應(yīng)，從而產(chǎn)生顯著增強(qiáng)的光電流響應(yīng)。所得傳感器對(duì)miRNA-141的檢測(cè)具有高靈敏度和選擇性45。

碳納米材料也常用于改善ZnO的光電特性。一項(xiàng)研究基于ZnO/石墨烯復(fù)合材料構(gòu)建了一種PEC適體傳感器，用于SK-BR-3癌細(xì)胞的靈敏檢測(cè)46。與常見的2D結(jié)構(gòu)相比，3D-rGO具有更大的比表面積和更高的導(dǎo)電性72，使其更適合用于改善電極性能。在一項(xiàng)工作中，研究人員首先合成了具有高電子傳輸能力的3D-rGO/纖維素作為基底。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種CL驅(qū)動(dòng)的PEC紙上實(shí)驗(yàn)室裝置，用于凝血酶的檢測(cè)，該裝置涉及氮摻雜碳點(diǎn)（NCdots）敏化的ZnO結(jié)構(gòu)以及靶觸發(fā)級(jí)聯(lián)DNA擴(kuò)增策略。具體而言，首先在3D-rGO/纖維素基底上修飾了N-Cdots敏化的ZnO結(jié)構(gòu)，然后固定了捕獲探針。目標(biāo)凝血酶的出現(xiàn)觸發(fā)了靶類似鏈的循環(huán)，然后產(chǎn)生了大量的靶類似鏈（TAC）。產(chǎn)生的TAC不僅特異性地結(jié)合到電極表面的捕獲探針上，還在血紅素存在時(shí)觸發(fā)了雜交鏈反應(yīng)（HCR），從而產(chǎn)生大量的血紅素/G-四鏈體。在大量血紅素/G-四鏈體催化劑的幫助下，作為內(nèi)部光源的lumino-H2O2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)烈的CL發(fā)射，激發(fā)了N-Cdots/ZnO光活性材料產(chǎn)生光電流信號(hào)47。在一些工作中，石墨烯量子點(diǎn)（GQDs）和Ag2Se量子點(diǎn)共同敏化的ZnO結(jié)構(gòu)被用作光活性材料來放大光電流信號(hào)48，49。

除了碳納米材料之外，有機(jī)物也可用作ZnO的敏化劑。一項(xiàng)研究首先利用簡(jiǎn)便的低溫水熱法在Au-PWE上生長(zhǎng)了ZnO納米棒，然后使用四羧基萘酞鋅（ZnNc-COOH，一種在近紅外區(qū)域具有強(qiáng)吸收的有機(jī)染料） 對(duì)其進(jìn)行敏化。得到的ZnNc-COOH/ZnO/Au-PWE在CEA檢測(cè)中表現(xiàn)出良好的性能50。

3.1.2 TiO2

TiO2因其低成本、高光敏度、高光腐蝕抗性和良好的環(huán)境安全性而在PEC應(yīng)用中引起了廣泛關(guān)注53，55。然而，TiO2在PEC生物傳感中的進(jìn)一步應(yīng)用受到了其寬帶隙和光生電子-空穴對(duì)的快速?gòu)?fù)合的限制51。因此，有必要將TiO2與其他窄帶隙材料結(jié)合起來，以增強(qiáng)相應(yīng)的光電響應(yīng)。

研究人員首先利用石墨烯促進(jìn)光生電荷載流子的分離，以提高TiO2的光電流轉(zhuǎn)換效率。合成的TiO2-石墨烯異質(zhì)結(jié)修飾的絲網(wǎng)印刷碳電極（SPCE）在CEA檢測(cè)中表現(xiàn)出良好的PEC性能51。另一項(xiàng)研究合成了鎳單原子錨定的石墨相氮化碳（NixgC3N4）和TiO2的異質(zhì)結(jié)來修飾SPCE。然后，在NigC3N4/TiO2上電化學(xué)沉積芳基重氮鹽以進(jìn)一步減少光生電荷載流子的復(fù)合并促進(jìn)抗體的錨定。所得到的Amb/Nix-gC3N4/TiO2 復(fù)合物相比于原始TiO2的光電流增加了3.1倍52。研究人員利用NCdots作為TiO2 的綠色敏化劑， 制備了NCdots/TiO2/Pt/PWE用于定量分析MCF-7細(xì)胞表面的CEA。引入CEA后，引物鏈（PS）從PS和ZnFe2O4功能化靶鏈（TS）的混合物中釋放出來，釋放的PS進(jìn)一步觸發(fā)了發(fā)夾探針H1和CuS標(biāo)記的發(fā)夾探針H2之間的HCR。因此，大量的CuS納米粒子被引至電極表面。由于CuS NPs競(jìng)爭(zhēng)性地消耗了光源和電子供體，電極的空間位阻增大，光電流強(qiáng)度大幅下降。結(jié)合可旋轉(zhuǎn)的紙質(zhì)光控開關(guān)設(shè)計(jì)，該傳感平臺(tái)通過選擇性激活PEC工作區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了高通量檢測(cè)54。

傳統(tǒng)的PEC分析需要昂貴而笨重的電化學(xué)工作站。然而，工作站的參與偏離了PEC設(shè)備低成本和便攜性的趨勢(shì)。因此，開發(fā)一種實(shí)現(xiàn)相同功能并取代電化學(xué)工作站的策略至關(guān)重要。一項(xiàng)研究通過集成CdS/TiO2復(fù)合物修飾的Au-PWE、紙質(zhì)超級(jí)電容器（PS）和簡(jiǎn)單的數(shù)字萬用表（DMM）構(gòu)建了一種CL激發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)型PEC免疫傳感器，用于CEA的檢測(cè)（圖4）。CdS與TiO2之間能級(jí)的有效匹配抑制了電子-空穴對(duì)的復(fù)合，提高了光電極的PEC性能。同時(shí)，合成的CEA/ABEI-AuNPs-GOx生物共軛物可競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合WE上固定的抗體實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大。GOx催化葡萄糖產(chǎn)生H2O2， 作為ABEI-AuNPs-H2O2-PIP CL系統(tǒng)的共反應(yīng)物。GOx還可被視為一種犧牲性電子供體用于清除光活性材料中的光生空穴，從而增強(qiáng)光電流。產(chǎn)生的光電流可由PS存儲(chǔ)，最終通過DMM讀取55。另一項(xiàng)研究基于絲網(wǎng)印刷光電極陣列（SPPEA）開發(fā)了一種用于同時(shí)檢測(cè)九種HPV基因的PEC生物傳感器陣列（PEBA）平臺(tái)。SPPEA由九個(gè)基于ITO的WE、一個(gè)共用的AgCE和一個(gè)共用的Ag/AgCl RE組成。通過依次將TiO2@Au NPs和不同的CdS QDs標(biāo)記探針引入到WE上構(gòu)建了TiO2@Au/CdS Z-型納米結(jié)構(gòu)。目標(biāo)HPV核酸的存在改變了探針的構(gòu)象，并迫使CdSQDs遠(yuǎn)離電極表面，導(dǎo)致光電流信號(hào)的減小。結(jié)合聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）技術(shù)，該P(yáng)EBA成功用于HPV基因的同時(shí)檢測(cè)和亞型鑒定57。

研究人員采用TiO2/MIL-125-NH2納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為光活性材料， 開發(fā)了一種用于檢測(cè)miRNA-182-5p的PEC傳感器。然后，在TiO2/MIL-125-NH2修飾的紙電極上組裝了四面體DNA納米結(jié)構(gòu)（TDN），以提供強(qiáng)大的抗污能力并促進(jìn)DNA行走器的移動(dòng)效率。miRNA-182-5p打開了DNA三向結(jié)構(gòu)以形成環(huán)形DNA行走器，并進(jìn)一步在傳感界面啟動(dòng)了HCR。然后，雙鏈DNA被Nt.BstNB I內(nèi)切酶切割，釋放出多巴胺聚合物（PDA）標(biāo)記的ssDNA和DNA行走器，觸發(fā)下一個(gè)HCR。多次Nt.BstNB I輔助循環(huán)產(chǎn)生了顯著的光電流響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)的超靈敏和選擇性檢測(cè)58。

3.1.3 CuO和Cu2O

CuO是一種低成本、無毒且豐產(chǎn)的光活性材料，其帶隙為1.7 eV，可以在可見光譜范圍內(nèi)吸收光子能量10，59。一項(xiàng)研究基于三維CuO納米花作為光活性材料，利用模擬過氧化物酶轉(zhuǎn)移增強(qiáng)策略，開發(fā)了一種用于檢測(cè)5'-三磷酸腺苷（ATP）的紙基PEC傳感設(shè)備。ATP的出現(xiàn)觸發(fā)了G-四鏈體/血紅素的解離。在可控的流體分離器的輔助下，解離的G-四鏈體/血紅素被轉(zhuǎn)移到檢測(cè)區(qū)域，催化過氧化氫產(chǎn)生氧氣，進(jìn)一步消耗來自CuO納米花的光生電子，最終增強(qiáng)PEC信號(hào)59。Cu2O是一種與CuO類似的p型半導(dǎo)體，但它具有更寬的帶隙（約2.0 eV），因此通常需要與其他材料構(gòu)建異質(zhì)結(jié)以增強(qiáng)其光電性能61，62。研究人員通過在紙基Au工作電極上修飾BiVO4-Bi2S3異質(zhì)結(jié)敏化的Cu2O，構(gòu)建了一種用于miRNA-141檢測(cè)的紙基PEC分析設(shè)備。為了進(jìn)一步放大光電信號(hào)，通過DSN介導(dǎo)的靶循環(huán)反應(yīng)和多分支HCR將hemin（血紅素）/Pt納米粒子裝飾的DNA樹狀物引入到傳感界面上。引入的DNA樹狀物能夠催化H2O2原位產(chǎn)生O2，后者可作為電子受體進(jìn)一步放大信號(hào)60。另一種用于miRNA-141 檢測(cè)的PEC 設(shè)備基于BiVO4/Cu2O光活性材料修飾的rGO紙工作電極（BiVO4/Cu2O/rGO-PWE）和自循環(huán)O2-H2O2-O2系統(tǒng)設(shè)計(jì)而成（圖5）。利用光生電子作為燃料和血紅素單體作為操作員，O2-H2O2-O2循環(huán)迅速消耗了光生電子，產(chǎn)生了放大的光電流信號(hào)。目標(biāo)miRNA-141能夠通過DSN誘導(dǎo)的靶循環(huán)反應(yīng)產(chǎn)生雙觸發(fā)的DNA探針，進(jìn)一步激發(fā)了傳感界面上橋式DNA納米結(jié)構(gòu)的形成。由此產(chǎn)生的DNA橋能夠通過阻礙光生電子的消耗和誘導(dǎo)血紅素單體的二聚化來中斷O2-H2O2-O2循環(huán)，從而導(dǎo)致光電流信號(hào)的減小61。研究人員采用FeOOH/Cu2O/CuS修飾的Au-PWE開發(fā)了另一種用于miRNA-141檢測(cè)的PEC生物傳感設(shè)備。FeOOH快速地從Cu2O中提取光生空穴，而CuS則快速消耗Cu2O中的光生電子，從而驅(qū)動(dòng)Cu（II）/Cu（I）氧化還原循環(huán)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了高效的電荷載流子分離。結(jié)合目標(biāo)誘導(dǎo)的G-四鏈體DNA酶介導(dǎo)的電子受體（O2）生成策略，該傳感設(shè)備產(chǎn)生了強(qiáng)烈增強(qiáng)的光電信號(hào)62。

3.1.4 WO3

WO3是一種n型半導(dǎo)體，也是在PEC生物分析中常用的光活性材料之一。WO3具有高電子遷移率（10?12 cm2?V?1?s?1）、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的生物相容性。然而，未經(jīng)修飾的WO3的光電轉(zhuǎn)換效率受到寬帶隙（2.5–2.8 eV）和快速的電子-空穴對(duì)復(fù)合的限制9。因此，WO3的功能化成為提高PEC響應(yīng)和靈敏度的有效途徑。在一項(xiàng)研究中，研究人員通過耦合WO3和Fe2O3 （具有2.2 eV的窄帶隙）制備了WO3/Fe2O3 異質(zhì)結(jié)作為傳感材料。所得WO3/Fe2O3納米復(fù)合材料不僅將激發(fā)源擴(kuò)展到了可見光范圍，還促進(jìn)了光生載流子的分離。基于WO3/Fe2O3納米復(fù)合材料的PEC傳感平臺(tái)在mucin1和miRNA-21的同時(shí)檢測(cè)中可以產(chǎn)生顯著的初始光電流信號(hào)64。另一項(xiàng)研究基于聚乙烯吡咯烷酮處理的In2S3/WO3 （In2S3-P/WO3）異質(zhì)結(jié)構(gòu)和雙重循環(huán)放大策略建立了一種用于超靈敏檢測(cè)赭曲霉毒素A （OTA）的紙基PEC適體傳感器。具體而言，使用In2S3作為敏化劑制備了具有II型能帶排列的In2S3-P/WO3光活性異質(zhì)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了WO3的光生載流子分離，并獲得了顯著的初始光電流響應(yīng)。在外切核酸酶III （Exo III）輔助循環(huán)的幫助下，微量的目標(biāo)OTA可以觸發(fā)堿性磷酸酶（ALP）催化反應(yīng)產(chǎn)生大量的抗壞血酸（AA），進(jìn)一步激發(fā)了三（2-羧乙基）膦酸、AA和二茂鐵羧酸之間的PEC化學(xué)-化學(xué)（PECCC）氧化還原循環(huán)，從而提高了PEC生物傳感器的檢測(cè)靈敏度65。

3.1.5 其他金屬氧化物

SnO2是一種具有高電子遷移率和光穩(wěn)定性的n型半導(dǎo)體。然而，SnO2在可見光PEC生物傳感器中的應(yīng)用受到了寬帶隙和高電荷載流子復(fù)合速率的限制67。在一項(xiàng)研究中，研究人員利用具有大比表面積和卓越電子傳輸性能的rGO來提高SnO2量子點(diǎn)的光電轉(zhuǎn)換效率。制備的SnO2量子點(diǎn)/rGO復(fù)合材料修飾在多孔金紙電極上用于ATP的檢測(cè)66。另一項(xiàng)研究基于一種模板消耗策略制備了一維的Sn自摻雜SnO2納米管（Sn-doped SnO2?x NTs），并將其用作可見光響應(yīng)的紙基PEC生物傳感器的光活性材料，用于AFP的檢測(cè)。Sn自摻雜策略拓寬了SnO2納米管的光吸收范圍，并促進(jìn)了電荷載流子的分離，從而導(dǎo)致可見光照射下的光電流強(qiáng)度顯著提高了67。

CeO2是一種窄帶隙（2.67 eV）的半導(dǎo)體，具有良好的光吸收能力和強(qiáng)烈的可見光激發(fā)性質(zhì)。研究人員報(bào)導(dǎo)了一種基于CeO2和紙基TiO2納米片（PTNs）之間的電子轉(zhuǎn)移隧道距離調(diào)節(jié)（ETTDR）策略的微流控紙基PEC傳感平臺(tái)，用于凝血酶的檢測(cè)。具體來說，CeO2標(biāo)記的發(fā)夾DNA 3 （HP3）被固定在PTNs的表面形成CeO2-PTNs異質(zhì)結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，PTNs促進(jìn)了CeO2的光生載流子分離，并產(chǎn)生了顯著的光電流信號(hào)。輸入目標(biāo)凝血酶可以觸發(fā)一個(gè)切割酶信號(hào)放大（NESA）循環(huán)，生成大量目標(biāo)DNA （tDNA）。輸出的tDNA可以進(jìn)一步與HP3雜交，并迫使CeO2脫離PTNs表面，導(dǎo)致光電流信號(hào)顯著下降。該傳感平臺(tái)在凝血酶的檢測(cè)中表現(xiàn)良好，檢測(cè)限為6.7 fM （M = mol?L?1），線性范圍為0.02至100 pM 68。

純MnO2納米片（帶隙約2.1 eV）是一種成本低、光電活性高的化合物，然而，它們?cè)诳梢姽庹丈湎峦ǔＶ荒墚a(chǎn)生較弱的光電流。因此，碳量子點(diǎn)（CQD）被用于修飾MnO2以促進(jìn)電荷載流子的分離69。In2O3是一種具有低毒性和高穩(wěn)定性的n型半導(dǎo)體（帶隙約為2.8 eV）。為了提高In2O3的光電性能，研究人員合成了空心In2S3/In2O3異質(zhì)結(jié)。由于In2S3和In2O3的能帶相當(dāng)匹配，異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出增強(qiáng)的光電流響應(yīng)。將In2S3/In2O3光電材料與CRISPRCas12a轉(zhuǎn)切G-四鏈體構(gòu)型的策略相結(jié)合，開發(fā)了一種便攜式的“信號(hào)開啟”PEC生物傳感器，用于檢測(cè)HPV-16核酸70。

3.2 金屬硫族化合物

金屬硫族化合物由于其獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)，也被廣泛用于PEC傳感。然而，金屬硫族化合物通常具有固有毒性，尤其是含鎘的硫族化合物可能造成鎘污染。此外，與金屬氧化物類似，金屬硫族化合物也受到光生電子空穴對(duì)快速?gòu)?fù)合的困擾，因此需要采取一些策略來提高其電子-空穴對(duì)分離效率。最近，一些三元硫化物因其低毒性而逐漸被用于制備PEC生物傳感器。目前用于制備絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器的金屬硫族化合物包括CdS、CdTe、SnSe、MoS2、ZnIn2S4和CuInS2。表2總結(jié)了基于金屬硫族化合物的絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器，包括其電極、光活性材料、識(shí)別元件、目標(biāo)分析物和檢測(cè)性能73–85。

CdS因其獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)和可調(diào)的光吸收活性而被廣泛用于PEC傳感。以CdS納米顆粒作為光活性材料制備了幾種一次性微流控PEC生物分析平臺(tái)73–75。然而，CdS的電子和空穴的定向傳輸受到活性位點(diǎn)不足和光電場(chǎng)弱的限制。為了改善這一情況，研究人員合成了CdS/CdMoO4雙層殼結(jié)構(gòu)，在光電轉(zhuǎn)換過程中通過Z型轉(zhuǎn)移策略迅速實(shí)現(xiàn)了電子和空穴的傳輸。此外，研究人員還引入了葡萄糖氧化酶信號(hào)探針來催化過氧化氫的產(chǎn)生，后者被用作空穴捕獲劑來進(jìn)一步放大檢測(cè)信號(hào)。在此基礎(chǔ)上，利用小型LED手電筒作為激發(fā)光源和數(shù)字萬用表作為信號(hào)讀取設(shè)備構(gòu)建了一種便攜式PEC免疫分析平臺(tái)，用于全血中CEA的檢測(cè)79。

CdTe量子點(diǎn)具有合適的帶隙（約1.45 eV）、寬的吸收范圍、優(yōu)異的光穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。然而，由于其電子-空穴復(fù)合快，它們的光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低。為了解決上述問題，研究人員引入了具有高電子消耗能力的氧化石墨烯（GO）。利用CdTe量子點(diǎn)和GO的復(fù)合物（CdTe-GO）作為光活性材料，結(jié)合滾環(huán)擴(kuò)增（RCA）技術(shù)進(jìn)一步放大信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)17β-雌二醇的超靈敏PEC檢測(cè)80。

SnSe量子點(diǎn)比CdTe量子點(diǎn)毒性小，此外，它們還具有寬帶隙、高吸收系數(shù)（～105 cm?1）、良好的穩(wěn)定性和水溶性等優(yōu)點(diǎn)。一項(xiàng)研究將鍍金的SnSe量子點(diǎn)與第二抗體（Ab2）耦合作為信號(hào)探針構(gòu)建了一種夾心型PEC免疫傳感器，用于檢測(cè)癌癥標(biāo)志物CA19-9 81。在各種半導(dǎo)體中，MoS2因帶隙窄（1.2–1.9 eV）表現(xiàn)出近紅外（NIR）光電活性，但其導(dǎo)電性差和不穩(wěn)定限制了在近紅外響應(yīng)PEC生物傳感器中的應(yīng)用。為了解決這個(gè)問題，研究人員通過將rGO與MoS2耦合制備了rGO-MoS2片。結(jié)果表明，rGO不僅調(diào)控了MoS2的形貌，還促進(jìn)了載流子的產(chǎn)生和遷移。在近紅外光照射下，與純MoS2相比，所得rGO-MoS2的光電流增加了約8倍82。

三元硫化物ZnIn2S4因其合適的帶隙、獨(dú)特的光電性能和可調(diào)的形貌結(jié)構(gòu)而受到廣泛關(guān)注。然而，裸ZnIn2S4存在快速的電子-空穴復(fù)合、不足的活性位點(diǎn)和嚴(yán)重的光腐蝕等問題，這限制了其在PEC傳感中的應(yīng)用。一項(xiàng)研究通過在ZnIn2S4納米片上負(fù)載Co9S8制備了Co9S8@ZnIn2S4異質(zhì)結(jié)構(gòu)，以促進(jìn)電子-空穴分離。同時(shí)，通過ALP催化策略原位生成AA以誘導(dǎo)空穴捕獲，從而進(jìn)一步放大光電流響應(yīng)?；贑o9S8@ZnIn2S4異質(zhì)結(jié)構(gòu)修飾的SPE、集成電路板和配備設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的藍(lán)牙手機(jī)的組合，制備了用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)乳腺癌生物標(biāo)志物（HER2）的便攜式PEC設(shè)備84。

CuInS2是一種具有低毒性、高電導(dǎo)性和多電活性中心的新型三元硫化物。然而，單獨(dú)的CuInS2的光電活性受到其頻繁的電子-空穴復(fù)合的限制。為了提高CuInS2的光電性能，研究人員引入了CoIn2S4作為一個(gè)空穴捕獲中心，以防止光生電子-空穴復(fù)合。采用制備的CuInS2/CoIn2S4異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為光電材料，構(gòu)建了一個(gè)熱響應(yīng)型光電生物傳感平臺(tái)，用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)miRNA-141 （圖6）。在靶觸發(fā)的酶輔助鏈置換循環(huán)策略的控制下，F(xiàn)e3O4納米顆粒（Fe3O4 NPs） 被釋放出來， 通過促進(jìn)CuInS2/CoIn2S4異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子-空穴復(fù)合來降低光電信號(hào)。同時(shí)，釋放的Fe3O4 NPs可以通過親水橋轉(zhuǎn)移到光熱區(qū)域形成普魯士藍(lán)納米顆粒（PBNPs）。在近紅外光照射下，F(xiàn)e3O4 NPs與形成的PBNPs之間的激子能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生增強(qiáng)的可視化熱響應(yīng)，最終使傳感平臺(tái)實(shí)現(xiàn)雙信號(hào)輸出85。

3.3 碳納米材料

碳納米材料具有低成本、環(huán)保、高穩(wěn)定性和良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，使其成為制備PEC生物傳感器的有前途的光活性材料。到目前為止，碳點(diǎn)（Cdots）和石墨相氮化碳（g-C3N4）已被用于制備絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器。

碳點(diǎn)由于其低成本、易于制備、環(huán)保、高穩(wěn)定性、良好的生物相容性和令人滿意的水溶性等優(yōu)點(diǎn)，成為PEC傳感器的光響應(yīng)候選材料86?88?；谔键c(diǎn)修飾的多通道絲網(wǎng)印刷紙電極，研究人員設(shè)計(jì)了一種用于同時(shí)檢測(cè)多種癌癥抗原的多重PEC免疫傳感器陣列。值得注意的是，該研究制備了一種靈活的紙基ZnO LED，以取代昂貴的光源89。

g-C3N4因其具有易于制備、環(huán)保和可見光響應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用于PEC傳感。遺憾的是，塊狀g-C3N4中光生電子-空穴對(duì)的快速?gòu)?fù)合導(dǎo)致其光電轉(zhuǎn)換效率低和PEC響應(yīng)差。人們通過表面官能團(tuán)修飾、剝離、摻雜和異質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建等方法改善了g-C3N4的性能28，90。研究人員合成了二維羰基化g-C3N4納米片并將其修飾在SPEs上，用于開發(fā)檢測(cè)葡萄糖的酶?jìng)鞲衅骱蜋z測(cè)SARS-CoV-2的基因傳感器90，91。另一項(xiàng)研究通過在柔性導(dǎo)電紙電極上組裝稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料（UCNPs）@SiO2@Ag和碳自摻雜石墨相氮化碳（C-g-C3N4）建立了一種近紅外響應(yīng)PEC傳感平臺(tái)，用于監(jiān)測(cè)大腸桿菌O157：H7 （圖7）。UCNPs被用于將近紅外光轉(zhuǎn)換為可見光，而C-g-C3N4被用作光活性材料以產(chǎn)生光電流。AgNPs被用作敏化劑顯著提高UCNPs的上轉(zhuǎn)換發(fā)光，并通過局部表面等離子共振效應(yīng)增強(qiáng)C-g-C3N4的PEC活性。利用抗菌肽Magainin I作為識(shí)別元件，該傳感平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)大腸桿菌O157：H7的超靈敏檢測(cè)， 線性檢測(cè)范圍廣（5–5 × 106CFU?mL?1），檢測(cè)限低至2 CFU?mL?1 92。

3.4 鉍基納米材料

具有窄帶隙和優(yōu)異可見光活性的鉍基納米材料在PEC生物傳感領(lǐng)域引起了一定的關(guān)注。目前，幾種鉍基納米材料，如Bi4NbO8Cl、Bi2S3、BiOI和Bi2O2S，已被用于制備絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器。

鈣鈦礦材料具有吸收系數(shù)大和載流子遷移率高的特點(diǎn)。然而，由于它們?cè)谒芤褐袝?huì)快速降解，因此很少被用于生物分析。研究人員合成了一種具有耐水性的鈣鈦礦材料Bi4NbO8Cl。然后，利用Bi4NbO8Cl作為光吸收劑，紙基TiO2納米片陣列（PTNAs）作為電子傳輸材料，Co-Pi作為空穴傳輸材料，制備了PTNAs/Bi4NbO8Cl/Co-Pi光電極。在內(nèi)置電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下， Bi4NbO8Cl的光生電子被PTNAs迅速提取，而光生空穴則轉(zhuǎn)移到Co-Pi，實(shí)現(xiàn)了高效的電荷載流子分離。得益于這種雙向調(diào)制電荷載流子的策略，PTNAs/Bi4NbO8Cl/Co-Pi光電極實(shí)現(xiàn)了對(duì)β人絨毛膜促性腺激素的超靈敏檢測(cè)，檢測(cè)限為0.005 IU?L?1 93。

Bi2S3因其寬廣的可見光響應(yīng)范圍、易于制備、低毒性和良好的生物相容性而受到廣泛關(guān)注29。研究人員在自制的3D絲網(wǎng)印刷紙基電極上開發(fā)了一種便攜式近紅外驅(qū)動(dòng)的PEC生物傳感器，用于對(duì)多種病原體進(jìn)行靈敏檢測(cè)。Bi2S3和Cu2O分別被選為光陽極和光陰極材料，同時(shí)，重組酶聚合酶擴(kuò)增（RPA）技術(shù)被用來對(duì)目標(biāo)DNA進(jìn)行高效擴(kuò)增以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。該生物傳感器能夠在37 °C下20min內(nèi)同時(shí)對(duì)大腸桿菌O157：H7和金黃色葡萄球菌進(jìn)行超靈敏檢測(cè)94。

氧鹵化鉍（BiOX，X = F、Cl、Br和I）是一種新型的三元無機(jī)半導(dǎo)體，具有良好的光吸收性、耐腐蝕性和可調(diào)節(jié)的帶隙。此外，BiOX的獨(dú)特層狀結(jié)構(gòu)使其能夠高效分離光生電子-空穴對(duì)，從而賦予其優(yōu)異的光催化活性6。作為典型的p型半導(dǎo)體，BiOI具有可見光活性和窄帶隙（～1.8 eV），使得它比BiOCl和BiOBr更廣泛地應(yīng)用于PEC分析95。研究人員以Ag2S量子點(diǎn)和BiOI@UCNPs分別作為抗體標(biāo)簽，在多通道紙基絲網(wǎng)印刷電極上構(gòu)建了一種近紅外響應(yīng)的PEC免疫傳感器，可同時(shí)檢測(cè)河豚毒素（TTX）和岡田酸（OA） 96。然而，BiOX的光電轉(zhuǎn)換效率低以及表面缺乏可用的功能基團(tuán)限制了其在PEC傳感中的應(yīng)用6。因此，研究人員提出了一種雙引擎驅(qū)動(dòng)的紙基PEC傳感器，用于miRNA-141和miRNA-21的檢測(cè)（圖8a），其中，C3N4量子點(diǎn)敏化的ZnO納米星和BiOI納米球分別用作光陽極和光陰極的光活性材料，以放大光電流。在3D DNA納米機(jī)器介導(dǎo)的CRISPR/Cas12a剪切工具的參與下，C3N4量子點(diǎn)從電極表面脫落以淬滅信號(hào)。同時(shí)，電極的分區(qū)顯著減少了不同目標(biāo)之間的空間串?dāng)_97。

Bi2O2S是一種新興的二維層狀材料，它具有由頂部和底部的[Bi2O2]2+離子層以及中間的S2?插層構(gòu)成的類似三明治的結(jié)構(gòu)。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得Bi2O2S具有窄的帶隙和優(yōu)異的光穩(wěn)定性98。此外，Bi2O2S在可見光下表現(xiàn)出優(yōu)異的電子傳輸性能和快速的光電響應(yīng)，使其在PEC傳感中具有很大的潛力。然而，Bi2O2S在PEC傳感中的應(yīng)用受到了光生電子-空穴對(duì)的高復(fù)合速率的限制99。因此，對(duì)Bi2O2S進(jìn)行改性成為提高其光電性能的有效途徑。結(jié)合便攜式手電筒（作為激發(fā)光源）、微型電化學(xué)工作站和智能手機(jī)， 研究人員在Co摻雜的Bi2O2S納米片功能化的絲網(wǎng)印刷電極上開發(fā)了一種便攜式的基于智能手機(jī)的PEC免疫傳感器，用于PSA的檢測(cè)（圖8b）。利用ALP催化策略生成AA來進(jìn)一步增強(qiáng)光電流，該免疫傳感器成功用于檢測(cè)低濃度的PSA，檢測(cè)限為71.2 pg?mL?1 99。

除了上述材料外，金屬也可以用作光活性材料。研究人員在金納米棒（AuNRs）功能化的絲網(wǎng)印刷電極上構(gòu)建了一種近紅外響應(yīng)的PEC適體傳感器，用于檢測(cè)血樣中的HepG2細(xì)胞100。

4 結(jié)論與展望

絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器因其低背景信號(hào)、高靈敏度和特異性、低成本以及易商業(yè)化等特點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注。作為光電極最重要組的成部分，光活性納米材料極大地影響了PEC生物傳感器的性能。迄今為止，各種納米材料已被應(yīng)用于構(gòu)建絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器（圖9）。本綜述總結(jié)了絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器中光活性材料的設(shè)計(jì)的進(jìn)展，并重點(diǎn)關(guān)注了生物傳感器的信號(hào)增強(qiáng)策略。隨著納米材料的快速發(fā)展，絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器在過去十年取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。然而，由于一些障礙和挑戰(zhàn)，絲網(wǎng)印刷PEC生物傳感器尚未商業(yè)化。以下將討論這些障礙和挑戰(zhàn)，為未來的方向提供參考。

4.1 電極

SPE是一種具有良好商業(yè)化前景的一次性電極。然而，由于技術(shù)限制，SPE的性能往往在不同批次之間甚至在同一批次內(nèi)都會(huì)有所差異，從而影響分析的準(zhǔn)確性。同時(shí)，印刷中使用的聚合物粘合劑會(huì)降低電極的電導(dǎo)性。因此，我們應(yīng)改進(jìn)SPE的制備技術(shù)，以確保電極的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。此外，多通道SPE仍處于初級(jí)階段，需要進(jìn)一步發(fā)展以實(shí)現(xiàn)未來的高通量檢測(cè)。

4.2 光活性材料

光活性材料是PEC生物傳感器中至關(guān)重要的組成部分，其性能（光電轉(zhuǎn)換效率和光穩(wěn)定性）直接影響初始信號(hào)輸出。目前，用于制備絲網(wǎng)印刷PEC傳感器的主要光活性材料包括金屬氧化物、金屬硫族化合物、碳納米材料和鉍基納米材料。這些材料要么具有毒性（例如CdS和CdTe），要么具有較寬的帶隙（金屬氧化物），或者具有較高的電子空穴對(duì)復(fù)合速率，因此需要復(fù)雜的程序，如形貌調(diào)控、元素?fù)诫s和異質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，來改善其光電性能。因此，開發(fā)無毒、低成本、高光電轉(zhuǎn)換效率、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、良好生物相容性和可大規(guī)模生產(chǎn)的新型光活性材料仍然是未來研究的重點(diǎn)。此外，開發(fā)的光活性材料應(yīng)具有可見光或近紅外光響應(yīng)，以避免對(duì)PEC生物傳感器的生物識(shí)別組分造成損害。

4.3 信號(hào)放大策略

為了獲得高靈敏度的絲網(wǎng)印刷PEC傳感器，通常需要將高性能光電極與各種信號(hào)放大策略相結(jié)合。目前，PEC免疫傳感器通常采用酶標(biāo)記放大（ELA）策略，而PEC適體傳感器則采用PCR、RCA和HCR策略。其中，ELA涉及繁瑣的標(biāo)記過程，而PCR需要特定的引物和嚴(yán)苛的溫度條件。相比之下，RCA被認(rèn)為是一種簡(jiǎn)單的等溫信號(hào)放大策略。未來，我們應(yīng)開發(fā)和應(yīng)用在溫和條件下更簡(jiǎn)單、更有效的信號(hào)放大策略。

4.4 集成與應(yīng)用

PEC傳感器的制備通常需要高功率的氙燈光源和笨重的電化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)。為了促進(jìn)PEC傳感器的集成和小型化，一些研究已經(jīng)使用手電筒取代氙燈光源，甚至通過組裝化學(xué)發(fā)光系統(tǒng)避免了外部光源的使用。同時(shí)，電化學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)可以被數(shù)字電表結(jié)合電容器（或智能手機(jī)結(jié)合集成電路板）取代。目前，光電極和上述組件的集成已經(jīng)導(dǎo)致了便攜式PEC設(shè)備的出現(xiàn)，其中一些可以用于高通量檢測(cè)。然而，絲網(wǎng)印刷PEC傳感器主要用于體外樣品檢測(cè)，目前的技術(shù)水平仍然缺乏用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的可穿戴和柔性的PEC傳感器。此外，絲網(wǎng)印刷PEC傳感器仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，在商業(yè)化之前還有很長(zhǎng)的路要走。我們希望通過相關(guān)研究人員的持續(xù)努力，能夠在不久的將來解決絲網(wǎng)印刷PEC傳感器的當(dāng)前挑戰(zhàn)和問題，并真正生產(chǎn)出商業(yè)化的PEC傳感器設(shè)備造福于人類社會(huì)（特別是資源有限的發(fā)展中地區(qū)）。