《Dyes and Pigments》：A Ternary TiO
2/In
2S
3/Carbon Dot Photoelectrode for Rapid and Sensitive PEC Detection of CEA
编辑推荐：
•通过水热法制备三元 TiO2/In2S3/CDs 光电极用于 CEA 检测•CDs 优化界面电子转移，显著增强 PEC 光电流响应•该 PEC 适配体传感器具有宽线性范围、超低检测限和优异的选择性•该适配体传感器在临床诊断应用中展现出强大的潜力引言癌胚抗原（CEA）是一种主
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通过水热法制备三元 TiO2/In2S3/CDs 光电极用于 CEA 检测
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CDs 优化界面电子转移，显著增强 PEC 光电流响应
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该 PEC 适配体传感器具有宽线性范围、超低检测限和优异的选择性
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该适配体传感器在临床诊断应用中展现出强大的潜力
引言
癌胚抗原（CEA）是一种主要在胚胎期消化道表达糖蛋白，在健康成人中仅存在于痕量水平（低于 5 ng/mL）[1]、[2]。相比之下，血清 CEA 浓度超过 10 ng/mL 通常与恶性肿瘤的发生和进展相关，尤其是结直肠癌、胃癌和胰腺癌[3]、[4]、[5]。因此，开发准确、灵敏和可靠的方法用于人体血清中 CEA 的定量检测具有重要的临床意义。
目前用于 CEA 检测的方法包括酶联免疫吸附测定（ELISA）、荧光基方法和电化学发光（ECL）技术[6]。尽管 ELISA 应用广泛，但其通常涉及复杂的步骤、较长的检测时间和相对较高的成本。荧光基方法操作简便，但往往灵敏度有限且易受背景干扰。ECL 方法具有高灵敏度和低背景噪声；然而，其发光信号可能受环境条件影响，且在复杂生物基质中其选择性可能受损。相比之下，光电器化学（PEC）传感因其固有优势，包括高灵敏度、低背景干扰和优异选择性，已成为一种有前景的替代方案[7]、[8]。
PEC 传感器的性能在很大程度上取决于光活材料的性质。二氧化钛（TiO2）是应用最广泛的半导体之一，因其优异的化学稳定性、低毒性和良好的光学特性[9]、[10]、[11]、[12]。然而，其宽带隙（约 3.2 eV）限制了光吸收范围仅限于紫外区，从而限制了其在可见光下的效率[13]。此外，TiO2 中光生电子-空穴对的快速复合显著降低了电荷分离效率和整体 PEC 性能。为了克服这些局限性，大量研究集中于构建异质结和引入功能材料以增强可见光吸收和提高电荷分离效率。
硫化铟（In2S3）是一种具有合适带隙（约 2.0-2.3 eV）的 III-VI 族半导体，已成为 PEC 应用中一种有前景的可见光响应材料。In2S3 具有优异的感光性、低毒性以及与 TiO2 良好的能带对齐，使其能够形成促进电荷分离和抑制电子-空穴复合的高效异质结。这些特性使 In2S3 成为增强 TiO2 基系统 PEC 性能的有效敏化剂。此外，碳点（CDs）因其丰富的表面官能团、优异的荧光特性和良好的生物相容性，已被广泛探索作为 PEC 系统中的电子介体和敏化剂[14]、[15]、[16]。引入 CDs 可以有效增强光吸收、促进电荷分离并促进界面电子转移，从而显著提高 PEC 性能[17]。
本研究理性设计并构建了 TiO2/In2S3/CDs 三元异质结构以实现增强的 PEC 性能。首先通过水热法，以 L-半胱氨酸、天冬氨酸和过硫酸铵为前驱体，在水和氨的混合溶剂中合成 CDs。然后将获得的 CDs 与 TiO2 和 In2S3 整合，构建高性能 TiO2/In2S3/CDs 三元复合光电极。系统优化了制备参数，并对形貌、结构特性和光电性能进行了表征。进一步探讨了 In2S3 敏化作用与 CDs 介导的电荷转移协同增强光吸收和抑制电荷复合的效应。最后，成功开发了基于 TiO2/In2S3/CDs 的 PEC 适配体传感器用于 CEA 的灵敏高效检测（图 1）。该 PEC 适配体传感器具有宽线性检测范围、低检测限和优异选择性，在临床诊断应用中展现出强大潜力。
章节片段
实验部分
补充数据详细描述了本研究中所使用的化学品、试剂和仪器。
TiO2/In2S3/CDs 的结构表征
如图 1a 所示，TiO2 表现出排列整齐的纳米棒阵列结构，垂直且均匀地生长在 FTO 基底上。棒间的空隙为电解质渗透和电荷传输提供了高效通道，有利于 PEC 性能。引入 In2S3 后，观察到明显的形貌演变（图 1b）。In2S3 形成三维纳米花状结构，均匀分布在 TiO2 纳米棒表面。这
结论
总之，成功开发了基于 TiO2/In2S3/CDs 的 PEC 适配体传感器用于 CEA 的灵敏选择性检测。理性设计的三元 TiO2/In2S3/CDs 异质结构增强了可见光吸收、促进了高效电荷分离并促进了界面电子转移，结构和电化学分析对此提供了支持。具体而言，引入富含含氧和含氮官能团的 CDs 不仅调节了
CRediT 作者贡献声明
Yu Jinzhi：软件。Qi Haiyan：撰写–审阅与编辑、监督、资金获取、正式分析。Zhao Hongxu：撰写–原稿撰写、软件、调查研究、概念化。Jie Rui：撰写–审阅与编辑、撰写–原稿撰写、软件、概念化。Qi Chenyu：软件。Zhao Yunpeng：调查研究。Li Jun：调查研究、资金获取。Jing Tao：监督、资金获取。
利益冲突声明
作者未声明任何可能影响本文工作的竞争性财务利益或人际关系。
利益冲突声明
? 作者声明不存在任何已知可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或人际关系。
致谢
本研究由中国国家自然科学基金（52172092）；省重点学科专项科研基金（GJQSCYH-2022001）；黑龙江省高校基础研究基金（145309525）；植物食品加工技术特色学科研究项目（项目编号：YSTSXK202307）资助。
Jie Rui|Zhao Hongxu|Qi Haiyan|Jing Tao|Li Jun|Zhao Yunpeng|Qi Chenyu|Yu Jinzhi
