构建和调控电化学界面是电化学研究的核心内容之一。对电极-电解质界面的研究在电池能量存储、高效催化剂的合成、高选择性传感器的开发等多种应用中具有重要意义。然而,电极的钝化问题几乎不可避免,一旦钝化发生,电化学反应效率和稳定性均会大幅下降,对实验结果造成干扰。发展新的技术手段,在保证高时空分辨率的前提下探究钝化机理,延缓钝化过程的发生是十分必要的。这之中,电化学发光(ECL)方法具有独特的优势,因为其发光过程由电化学反应激发,灵敏度高且响应迅速,因此对光信号进行收集和分析,可以有效的反映出电极界面活性的变化。 近日,扬州大学马诚教授、徐琴教授、南京大学朱俊杰教授和法国波尔多大学Neso Sojic教授合作,利用微米级别的激光产生的局部光热效应,对电极表面钝化层进行了空间选择性的清除,从而恢复了电极界面的活性。通过ECL反应作为指示,成功实现了多种微米级别ECL图案的绘制,提高了细菌细胞生物成像质量,增强了磁珠标记模型的ECL信号。
作者通过显微镜装置将一束730 nm的激光聚焦在了电极表面,随着ECL反应的进行,作者发现关闭激光后,在激光照射过的区域仍然存在一个微米级别的ECL亮点。相较于其他区域,该区域的ECL强度增强了约2倍,且发光电压提前了约0.15V。 通过扫描电镜、拉曼显微成像、电化学扫描池显微镜(SECCM)、X射线光电子能谱(XPS)多种表征手段证明了消除电极表面钝化以及ECL强度提升的原因是对钝化过程中产生的氧化性物质的清除。随后作者通过控制激光和加电方式,成功实现了对ECL图案的绘制、擦除、再绘制过程。 由于这种清除效应无法通过明场观察,因此获得的ECL图案具有防伪潜力。由于该图案的产生原理是对钝化膜的清除,因此也能提升单个细菌和细胞的ECL成像对比度。通过对标记发光体的微球底面的钝化物进行清除后,微球的ECL信号强度提升了1.2倍。该方法在生物成像分析和免疫分析应用中具有广阔的应用前景。 论文信息 Designable Electrochemiluminescence Patterning for Renewable and Enhanced Bioimaging Xiaodan Gou, Zejing Xing, Zhichen Zhang, Rong Jin, Prof. Dr. Qin Xu, Prof. Dr. Neso Sojic, Prof. Dr. Jun-Jie Zhu, Dr. Cheng Ma Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202410825