（分析化学专业论文）基于复合纳米材料构建的夹心法电致化学发光免疫传感器的研究.pdf

j a 叠 产 山 冷 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章绪论一l 1 1 生物传感器1 1 1 1 生物传感器的定义l 1 1 2 生物传感器的分类1 1 1 3 免疫传感器的概念1 1 2 电致化学发光2 1 2 1 概述一2 1 2 2 电致化学发光的基本原理一2 1 2 3 电致化学发光传感器2 1 2 4 联毗啶钌复合物在e c l 传感器中的应用3 1 2 5 量子点在e c l 传感器中的应用4 1 3 纳米材料一4 1 3 1 概述一4 1 3 2 复合纳米材料的特点一5 1 3 3 复合纳米材料在e c l 免疫传感器中的应用5 1 4 电致化学发光传感器的发展前景5 1 5 本文研究思路6 第二章基于r u s i l i c a a u 复合纳米颗粒标记a f p 抗体的夹心法电致化学发光免疫传感器7 2 1 引言7 2 2 实验部分8 2 2 1 仪器。8 2 2 2 试剂8 2 2 3 传感器的制备8 2 3 结果与讨论9 2 3 1 双抗夹心电致化学发光免疫传感器制备过程的表征。1 0 2 3 2 实验条件优化1 0 2 3 3 传感器的性能12 2 4 结 仑1 3 第三章基于d m b a 标记抗体的夹心式电致化学发光免疫传感器的研究一1 4 3 1 引言1 4 3 2 实验部分15 3 2 1 仪器与试剂1 5 3 2 2 免疫传感器的制备过程15 3 3 结果与讨论一1 6 3 3 1 电化学发光免疫传感器修饰过程e c l 表征1 6 3 3 2 电化学发光免疫传感器的响应特性l7 3 3 3 电化学发光免疫传感器的稳定性和选择性1 7 3 4 结论1 9 第四章基于碲化镉量子点与纳米金的复合物标记的h c g 的双抗夹心法电致化学发光免疫传 u 坩 感器的研究2 0 4 1 引言2 0 4 2 实验部分2l 4 2 1 仪器与试剂2 1 4 2 2a 们d t e 纳米颗粒的制备2 1 4 2 3a u c d t e 纳米颗粒标记的a n t i h c g 的制备21 4 2 4 免疫传感器的制备：2 1 4 3 结果与讨论2 2 4 3 1 夹心电化学发光免疫传感器修饰过程e c l 表征2 2 4 3 2 免疫传感器的性能2 3 4 3 2 1 免疫传感器对h c g 的响应2 3 4 4 结论。2 4 参考文献2 5 作者部分相关论文题录3 2 至筻谢3 3 4 ， p 一_ 西南大学硕士学位论文 摘要 基于复合纳米材料构建的夹心法电致化学发 光免疫传感器的研究 分析化学专业硕士研究生袁世蓉 指导教师袁若教授 摘要 电致化学发光( e c l ) 是由电化学反应产生的化学发光。不需要外加激发光源，而且背 景信号低，线性范围宽，不需要昂贵的设备，现已成为一种广泛应用的高灵敏度和高选择性 的检测方法。电致化学发光免疫传感器是将电致化学发光技术和免疫技术相结合的产物，结 合了两者的优点。而免疫分析信号增强技术一直都是免疫分析领域研究的一个重要方向，而 在传感器表面固定抗体与抗原是一个非常重要的步骤，对于提高传感器的灵敏度至关重要。 纳米技术与免疫分析的结合为免疫分析的研究与发展提供了新的思路。特别是复合纳米材料 由于其独特的性质对发展高灵敏的免疫传感器起到了非常重要的作用。 本论文主要从以下几个方面开展研究工作： 1 基于r u s i l i c a a u 复合纳米颗粒标记a f p 抗体的夹心法电致化学发光免疫传感器 r u ( b p y ) 3 2 + 在电极上的固定方法很多，其中r u ( b p y ) 3 2 + 被二氧化硅包覆而制得的r u - s i l i c a 复 合纳米材料固定在电极表面，r u ( b p y ) 3 2 + 能够较稳定的存在，具有强的电致化学发光信号，大 的比表面积，好的生物相容性等优点，是一种良好的电极修饰材料。本研究结合了r u s i l i c a 复 合纳米材料和金纳米颗粒良好的电子传导性的优点，制备了r u s i l i c a a u 复合纳米颗粒，将其 用于同定二抗，采用夹心法构建了电致化学发光免疫传感器。首先，在裸玻碳电极上电沉积 一层纳米金层，之后通过共价键合作用和静电吸附作用固定甲胎蛋白抗体，然后利用抗体与 抗原的特异结合作用，将甲胎蛋白抗原固定在电极上，最后再与r u - s i l i c a a u 标记的二抗反应， 免疫传感器被成功制各。该方法利用r u s i l i c a 和三丙胺( t p a ) 的共反应作用，得到了强的电 致化学发光信号，更重要的是放大了免疫反应信号，提高了免疫传感器的灵敏度。在最优的 实验条件下，其线性范围为0 0 5 8 0n g m l ，检测下限为0 0 3n g m l 。该传感器还有着良好的选 择性。 2 基于d m b a 用于抗体标记的夹心式电致化学发光免疫传感器的研究 d m b a 是r u ( b p y ) 3 2 + 产生电致化学发光的另一共反应试剂，含有一定量的氨基和羧基， 可以用于标记生物分子。本实验将d m b a 用于标记二抗构建了一个简单而灵敏的夹心法免疫 一 c a 两南大学硕+ 学位论文摘要 传感器，d m b a 标记二抗被固定在电极表面也减少了试剂的消耗。同时，该方法利用r u - s i l i e a 中r u ( b p y ) 3 2 + 与d m b a 的相互作用，得到了较强的电致化学发光信号。首先，将玻碳电极表 面修饰上一层c s r u - s i l i c a 复合物，接着通过共价键合作用将纳米金吸附在修饰的电极表面 用于固定甲胎蛋白抗体。a f p 反应后再与d m b a 标记的二抗反应，制备得到免疫传感器。 在最优的实验条件下，该传感器与甲胎蛋白在0 0 2 5 8 0n g m l 的浓度范围内成良好的线性关 系，检测下限为8 3p g m l 。该传感器还显示了良好的稳定性和选择性。 3 基于碲化镉量子点与纳米金的复合物标记的i t c g 的双抗夹心法电致化学发光免疫传感器 的研究 半导体纳米晶体( 又称量子点) 由于其独特的荧光特性和良好的生物相容性而广泛应用 生物标记和生物传感器。该研究以人绒毛膜促性腺激素( h c g ) 作为分析物，研制了一种高 灵敏基于c d t e a u 复合纳米材料的夹心法电致化学发光免疫传感器。本实验合成了c d t e a u 复合纳米颗粒，将其用于标记a n t i h c g ，c d t e a u 复合纳米颗粒不仅为吸附生物分子提供了 大的比表面积和良好的生物环境，而且还有优良的电致化学发光和电化学特性，可以作为一 种良好的固载基质。采用循环伏安法( c v ) 和电致化学发光( e c l ) 对电极的组装过程进行 了研究。在最优的实验条件下，测定h c g 在o 0 2 5 0m l u m l 范围内呈现良好的线性关系， 检测下限为0 0 0 6 7m l u m l 。该实验方法传感器制备简单，该传感器显示了较高的灵敏度， 较好的选择性，实现了对h c g 的分析测定。 关键词：复合纳米材料电致化学发光夹心法免疫传感器 i i ， 产 - m ，1 a n a l y t i c a lc h e m i s t r ym a s t e rp o s t g r a d u a t e ：s h i r o n gy u a n s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rr u oy u a n a bs t r a c t e l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n e e ( e c l ) ，t h eg e n e r a t i o no fa l lo p t i c a l s i g n a lt r i g g e r e db ya l l e l e c t r o c h e m i c a lr e a c t i o n e c lh a sr e c e n t l yb e c o m ea ni m p o r t a n ta n dv a l u a b l ed e t e c t i o nm e t h o d a n db e e na p p l i e di nm a n yf i e l d sd u et oi t si n h e r e n ta d v a n t a g e ss u c ha sh i g hs e n s i t i v i t y ，h i g h s e l e c t i v i t y ，v e r yl o wb a c k g r o u n ds i g n a l ，s i m p l ei n s t r u m e n t a t i o na n dl o wc o s t e c li m m u n o s e n s o r ， t h ec o m b i n a t i o no fv e r ys e n s i t v ee c ld e t e c t i o n sw i t he x t r e m e l ys e l e c t i v eb i o l o g i c a lr e c o g n i t i o n p a t t e r ni m m u n o a s s a y s t h u st h ed e v e l o p m e n to fah i 曲l ys e n s i t i v ei m m u n o s e n s o rh a sb e e na n i m p o r t a n tt a s k r e c e n t l y , n a n o p a r t i c l e sh a v eo f t e nb e e nu s e di nc o n s t r u c t i n gi m m u n o s e n s o r s p a r t i c u l a r l y , c o m p o s i t en a n o p a r t i c l e sp l a y e dav e r yi m p o r t a n tr o l ei nd e v e l o p i n gh i g h l ys e n s i t i v e i m m u n o s e n s o rd u et oi t su n i q u ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e s p a r t1s a n d w i c h - t y p ee l e e t r o c h e m i l u m i n e s e e n e ei m m u u o s e n s o rb a s e do nr u - s i l i c a a u c o m p o s i t en a n o p a r t i c l e sl a b e l e da n t ia f p r u ( b p y ) 3 肿h a sb e e n i m m o b i l i z e do nt h ee l e c t r o d ei n m a n yw a y s ，t h er u - s i l i c a ( r u ( b p y ) 3 2 + - d o p e ds i l i c a ) n a n o c o m p o s i t eh a sb e e nf i x e do nt h ee l e c t r o d es u r f a c e ，r u ( b p y ) 3 2 + c o u l d b em o r es t a b l e ，t h er u - s i l i c an a n o c o m p o s i t ew i t hah i g he c l s i g n a l ，t h el a r g es u r f a c ea r e a , g o o d b i o c o m p a t i b i l i t y t h e r e f o r e ，t h er u s i l i c an a n o c o m p o s i t ew a sc o n s i d e r e da sag o o dm o d i f i e d m a t e r i a l i nt h i sw o r k , r u s i l i c ad o p e da u ( r u - s i l i c a a u ) c o m p o s i t er u s i l i c a a uc o m p o s i t e n a n o p a r t i c l e sw e r ep r e p a r e d , t h ec o m p o s i t ec o u l dc o m b i n et h ea d v a n t a g e so fr u - s i l i c aa n dg o l d n a n o p a r t i c l e s ，t h er u s i l i c a a uc o m p o s i t en a n o p a r t i c l e sw e r eu s e dt ol a b e lt h es e c o n da n t i b o d y , ah i g hs e n s i t i v i t ye l e c t r o l u m i n e s c e n c ei m m u n o s e n s o rw a sc o n s t r u c t e dw i t hs a n d w i c h - t y p em e t h o d t h ep r i m a r ya n t i b o d y , a n t i - a f pw a sf i r s ti m m o b i l i z e do nt h eg o l dn a n o p a r t i c l e sm o d i f i e de l e c t r o d e d u et ot h ec o v a l e n tc o n j u g a t i o n , t h e nt h ea n t i g e na n dt h er u - s i l i c a a uc o m p o s i t en a n o p a r t i c l e s l a b e l e ds e c o n d a r ya n t i b o d yw a sc o n j u g a t e ds u c c e s s i v e l yt of o r mas a n d w i c h - t y p ei m m u n o c o m p l e x t h r o u g ht h es p e c i f i ci n t e r a c t i o n a c c o r d i n g l y , t h r o u 曲t h ee c lr e s p o n s eo fr u - s i l i c aa n d t r i p r o p y l a m i n e ( t p a ) ，as t r o n ge c ls i g n a lw a so b t a i n e da n da na m p l i f i c a t i o na n a l y s i so fp r o t e i n i i i 西南大学硕十学伊论文 p 。 ， a b s t r a c t r e a c t i o nw a sa c h i e v e d ，w h i c hl e dt oa ni n c r e a s eo ft h ei m m u n o s e n s o rs e n s i t i v i t y i nt h eo p t i m a l e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ，t h ei m m t m o s e n s o rp e r f o r m e dh i i g hs e n s i t i v i t ya n dw i d el i n e rf o rd e t e c t i o n a f pi nt h er a n g eo f0 0 5 8 0n g m la n dt h el i m i td e t e c t i o nw a so 0 3n g m l p a r t2e l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c ei m m u n o s e n s o rb a s e do nd m b al a b e l e da n t ia f p 4 - ( d i m e t h y l a m i n o ) b u t y r i ca c i d ( d m b a ) i st h eo t h e rc o r e a c t i o nr e a g e n to fr u ( b p y ) 3 2 + h a sa c e r t a i na m o u n to fa m i n oa n dc a r b o x y lg r o u p s ，c o u l db eu s e dt oa d s o r b b i o l o g i c a lm o l e c u l e s a s a n d w i c h - t y p ee l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c e ( e c l ) i m m u n o s e n s o rw a sc o n s t r u c t e db yu s i n gd m b a l a b e ls e c o n d a r ya n t i b o d y f i r s t l y , c s - r u s i l i c ac o m p o s i t en a n o p a r t i c l e sw e r em o d i f i e do nt h eg l a s s y c a r b o ne l e c t r o d e ( g c e ) s u b s e q u e n t l y , a un a n o p a r t i c l e sw e r ei m m o b i l i z e do nt h es u r f a c eo ft h e e l e c t r o d et oi m m o b l i z ea n t i a f el a t e r , t h ee l e c t r o d ew a si n c u b a t e dw i t ha n t i g e no fa f pa n dt h e n r e a c t e dw i t ht h es e c o n d a r ya n t i b o d yw h i c hw a sl a b e l e dd m b a a c c o r d i n g l y , t h r o u g ht h ee c l r e s p o n s e o fr u s i l i c aa n dd m b a ，as t r o n ge c ls i g n a lw a so b t a i n e d m o r e o v e r , h i g h b i o c o m p a t i b i l i t ya n dl o wc o s t u n d e ro p t i m a lc o n d i t i o n , t h ep r o p o s e di m m u n o s e n s o re x h i b i t e da g o o db e h a v i o rf o rd e t e c t i o na f pi nt h er a n g eo f0 0 2 5 8 0n g m l a n dt h el i m i td e t e c t i o nw a s8 3 p g m l ( d e f i n e da ss n = 3 ) p a r t3a u c d t ec o m p o s i t en a n o p a r t i c l e sl a b e f i n gf o re l e c t r o c h e m i l u m i n e s e n c ed e t e c t i o no f h c g s e m i c o n d u c t o rn a n o m a t e r i a l s ( o rq u a n t u md o t s ) h a v eb e e ne x t e n s i v e l yd e v e l o p e db e c a u s eo f i t su n i q u ef l u o r e s c e n c ec h a r a c t e r i s t i c sa n dg o o db i o c o m p a t i b i l i t y i nt h i ss t u d y ，h u m a nc h o r i o n i e g o n a d o t r o p i n ( h c o ) w a su s e da st h ea n a l y t e ，ah i 曲l ys e n s i t i v es a n d w i c h t y p ee c li m m u n o s e n s o r b a s e do nc d t e a uc o m p o s i t e n a n o p a r t i c l e sw a sd e v e l o p e d t h ec d t e a uc o m p o s i t en a n o p a r t i c l e s w e r ep r e p a r e di nt h i se x p e r i m e n t a l ，w a su s e dt ol a b e la n t i - h c g ，t h ec d t e a uc o m p o s i t e n a n o p a r t i c l e sn o to n l yp r o v i d e dal a r g es u r f a c ea r e a sa n db i o c o m p a t i b ee n v i r o n m e n tf o ra d s o r p t i o n o fb i o m o l e c u l e s ，b u ta l s oe x h i b i t e dh i g he c li n t e n s i t ya n dg o o dc o n d u c t i v i t y t h em o d i f i e d e l e c t r o d e sw e r ee v a l u a t e db ym e f l n so f c y c l i cv o l t a m m e t r y ( c v ) a n de l e c t r o g e n e r a t e d c h e m i l u m i n e s c e n c e ( e c l ) u n d e rt h eo p t i m a lc o n d i t i o n s ，al i n e a rr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ee c l i n t e n s i t ya n dh c gc o n c e n t r a t i o nw a so b t a i n e di nt h er a n g eo f0 0 2m l u m lt o5 0m l u m lw i t ha d e t e c t i o nl i m i to f0 0 0 6 7m i u m l ( s n = 3 ) t h i sa p p r o a c ho f f e r e do b v i o u sa d v a n t a g e so fs i m p l e ， h i g hs e n s i t i v i t ya n dg o o ds e l e c t i v i t y , w h i c hp o s s e s s e dg r e a tp o t e n t i a lf o rp r o t e i nd e t e c t i o ni n c l i n i c a ll a b o r a t o r y k e y w o r d s ：c o m p o s i t en a n o p a r t i c l e s ；e l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c e ； s a n d w i c h t y p e ； i m m u n o s e n s o r i v 1 1 1 生物传感器的定义 生物传感器【l ，2 】由分子识别元件，信号转换器两部分组成。分子识别元件也叫 感受器，它由具有生物活性的物质( 酶、蛋白质、d n a 、抗体、抗原、生物膜 等) 构成，直接和待检测物质接触，具有特异性分析识别能力。信号转换器也就 是换能器，它是电化学或光学检测元件。当被分析物中特异性的待测物与分子识 别元件结合后，产生的复合物、光、热等被信号转换器变为电信号或光信号进而 对待测物质进行检测。检测原理如f i g 1 1 所示。 生 物 换 电信 次 待测物耖 蒸 生物反映信 能信 膜 器号 层 f i g 1 1t h ep r i n c i p l eo fb i o s e n s o r s 1 1 2 生物传感器的分类 生物传感器的生物功能是生物传感器的一个重要组成部分，具有分子识别的 能力决定了生物传感器的选择性。所以按识别功能物质分类，可以分为免疫传感 器、酶传感器、微生物传感器、组织传感器、基因传感器等。而免疫传感器具有 特异性强，灵敏度高，使用简便和成本低等特点而被广泛研究，也是生物传感器 中非常重要的一类，已经广泛应用到临床医学，生物检测，食品工业和环境监测 等领域。 1 1 3 免疫传感器的概念 1 9 9 0 年，h e n r y 等提出了免疫传感器( i m m u n o s e n s o r ) 的概念。免疫传感器 是将特异性免疫测定方法与高灵敏的传感器技术相结合而构建的一种生物传感 器。它主要是基于动物体内抗原与抗体发生特异性吸附反应的性质，再通过传感 器技术使吸附反应发生时产生物理、化学、电学和光学上的变化转变成可检测的 信号从而测定待测物的浓度。免疫传感器促使免疫诊断方法的发展方向走向定量 两南大学硕士学伶论文第一章 化，操作自动化【3 】。根据测定过程是否使用了标记物免疫传感器可以分为直接( 非 标记型) 和间接( 标记型) 的免疫传感器。直接型的免疫传感器抗体与其对应的 抗原识别结合的同时，直接检测转换器发生的信号的变化，要求简单，操作简单， 响应快，缺点是灵敏度较低。而间接型需要采用标记物( 如：电活性物质，荧光 物质，酶等) 对抗体或者抗原进行标记，将抗原抗体结合后的信息转变成另一中 间信息，然后再把中间的信息转变成检测的信号。通过标记物将免疫反应信号放 大间接测定，从而达到提高灵敏度的目的【4 j 。 1 2 电致化学发光 1 2 1 概述 电致化学发光( e l e c t r o g e n e r a t e dc h e m i l u m i n e s c e n c e ，e c l ) 是将电化学分析方法 和化学发光分析方法相结合的一种分析技术，集成了电化学和化学发光分析的优 点，可对发光强度和电流等进行同时测定。具有高灵敏度，连续可测，操作简便， 易于控制，重现性和选择性好等优点1 5 , 6 1 。1 9 2 7 年，d u f f o r d 等人在无水醚介质中 电解格氏试剂时观察到e c l 现象。接着1 9 2 9 年，h a r v e y 又在电解鲁米诺水溶液 时发现电极附近有发光现象【_ 7 1 。此后一段时间e c l 分析方法发展相对比较缓慢。 直到2 0 世纪六七十年代e c l 的研究才得以重视。接着，美国的l r f a u l k n e r ， t k u w a n a ，a j b a r d 等人开始研究大量芳香族化合物的e c l 现象和原理，也取 得了一定的成果【8 一。随着科学技术的发展，e c l 反应机理研究越来越成熟，e c l 作为一种较高选择性和高灵敏度的分析方法逐渐受到人们的青睐。逐渐广泛应用 于生命科学，医学，化学分析，环境科学等领域。 1 2 2 电致化学发光的基本原理 电致化学发光是对含有电致化学发光活性物质的化学体系施加一定的电压或 是通过一定的电流，产生了某种新物质，该物质与化学发光活性物质反应提供了 足够的能量，使得化学发光活性物质从基态跃迁到激发态，再从激发态返回基态 时发生了光辐射；或者电极提供能量直接使发光活性物质进行氧化还原反应，从 而生成某种不稳定的中间态物质分解导致发光。 1 2 3 电致化学发光传感器 通过化学修饰的方法，直接或间接参与化学发光反应的试剂固定在电极表面 而构建的一类实验装置泛称为电致化学发光传感器。电致化学发光传感器的测试 系统由传感器，光纤，恒电位仪，光电测量装置，信号记录和处理装置组成。由 恒电位仪给所用传感器施加一个稳定的工作电压，传感器将化学变化转变为光信 2 两南大学硕士学位论文 第一章 号，光电测量装置将光信号转变为电信号，最后被记录和处理成可读的数据i 1 0 1 。 由于电致化学发光传感器减少了贵重试剂的使用，也使实验装置简单化和微型化， 日益受到人们的重视。 e c l 应用与待测物浓度的检测通常有两种方法：一是直接根据发光物质与待 测物质结合产生的e c l 变化在溶液中检测待测物的浓度。另一种方法是将发光物 质修饰到电极上作为探针检测待测物的浓度。在液相e c l 检测应用中，由于试剂 大量被消耗，导致较高的分析成本，限制了联吡啶钌在电致化学发光的应用。然 而将可电化学再生的e c l 试剂固定在电极的表面构成e c l 固相传感器，也就是 所谓的“无试剂”电致化学发光传感器，相对于液相e c l 体系，这种固相电致化学 发光传感器可以减少试剂的消耗，简化了实验装置和提高传感器的灵敏度，易于 实现反应的空间控制和时间控制。 电致化学发光技术经过了多年的研究和发展，但是结合标记技术将电致化学 发光应用于免疫分析还是一个比较新的领域。到2 0 世纪9 0 年代后期才问世，电 致化学发光免疫分析技术( e l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c ei m m u n o a s s a y ，e c l i a ) 利 用化学发光活性剂作为标记物标记抗体或抗原形成稳定的复合物。它是电化学发 光和免疫分析相结合的产物，是继放射免疫，酶免疫，荧光免疫，化学发光之后 逐渐发展起来的新一代更灵敏，更准确的免疫分析技术。当复合物与被检测物中 对应的抗原或抗体结合后根据发光强度可检测出被测物的浓度1 1 1 1 。 免疫传感器已经成为研究的热点，电致化学发光技术与免疫传感器技术结合 在一起就构成了电致化学发光免疫传感器( e l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c e i m m u n o s e n s o r ) 。电致化学发光免疫传感器是光学传感器的一个重要分支，它是通 过特异性免疫反应后，用电化学发光反应产生的光信号，以确定被检测物的量。 电致化学发光免疫传感器的检测方法通常有直接法和夹心免疫法。直接法将抗体 吸附于修饰的电极表面，与抗原结合后形成复合物，根据电极表面e c l 信号的变 化测定抗原浓度。夹心法，将抗体吸附于固相载体，接着吸附含有抗原的待测样 品与抗体结合，再吸附加入特异性标记( 酶或者纳米材料) 的二抗而形成抗体 抗原特异性标记的抗体这样的“三明治结构的复合物，通过e c l 信号的变化 测定结果。 1 2 4 联吡啶钌复合物在e c l 传感器中的应用 很多的无机化合物，金属复合物，量子点在一定的条件下都可以产生电致化 学发光u 2 1 。在众多的电致化学发光试剂中，联吡啶钌是应用最为广泛，研究最为 深入的试剂，其具有优良的性质，水溶性好，允许存在溶解氧或其它杂质，可氧 3 两南大学硕十学位论文第一章 化还原可逆，强的e c l ，应用的p h 范围宽，可电化学再生以及激发态寿命长， 在室温下发生。e c l 体系中，基于联吡啶钌的复合物的电致化学发光也最引人注 刚1 3 】。在溶液中它本身可以产生电致化学发光，还可以与适当的共反应物发生反 应产生电致化学发光。研究发现，在碱性溶液中，作为共存物例如氨基酸，某些 生物碱和含有羟基的有机酸对联吡啶钌的电致化学发光强度有明显的增强作用。 联吡啶钌以及其衍生物在电极表面的固定化成为研究的一个重要方向。许多 方法和材料已经被应用固定联吡啶钌。目前文献报道的联吡啶钌及其衍生物固定 在电极表面方法主要有：l a n g m u i r - b l o d g e t t 技术，聚合膜技术，自组装技术和溶 胶凝胶技术等【1 4 】。 1 2 5 量子点在e c l 传感器中的应用 近年，半导体量子点( q d s ) 备受人们关注，半导体纳米颗粒的直径小于玻 尔半径，量子限域效应导致其具有特殊而优越的光学和电子学性质，是介于分子 和晶体之间的过渡态。量子点一般指基于i i v i 族，i i i v 族及v i 族三个系列 的纳米晶体材料l l5 1 。 氧化态或者还原态的量子点可以和溶液中存在的物质发生反应生成量子点激 发态而产生发光现象。自从2 0 0 2 年硅量子点的电致化学发光被发现后，人们开始 意识到半导体纳米晶体在e c l 领域的潜力，这一类新型的发光体系和联吡啶钌体 系有着类似的电化学发光特性，有关量子点的电致化学发光现象引起了人们越来 越多的关注，半导体纳米晶体开始应用于e c l 传感器的构建。量子点的电致化学 发光显示了潜在的应用价值，为研究新型的e c l 生物传感器提供了新的思路【1 6 1 。 1 3 纳米材料 1 3 1 概述 随着人类的认知领域从宏观世界发展到微观世界，纳米科技的发展为分析化 学的发展提供了二个新的机遇。我们把颗粒粒径在1 1 0 0n m 之间的叫纳米材料， 也就是尺寸介于原子，分子和宏观体系之间的纳米粒子组成的新一代材料。由于 其小的体积，大的比表面积，具有特殊的物理化学性能，显示出了广阔的应用前 景，纳米材料在合成和应用方面的研究进展迅速，为生物电分析化学的发展提供 了广阔的空间，为生物传感器的发展提供了无穷的想象。许多纳米材料可以作为 优良的电极修饰材料，用不同的方法将纳米材料修饰到电极上，近几年来取得了 一些进展，人们利用金胶纳米粒子，银纳米粒子，铂纳米粒子，二氧化硅纳米颗 粒以及它们的复合物固定生物分子构建生物传感器【l7 1 。结果表明这些纳米材料对 4 两南人学硕十学位论文 第一章 于保持生物分子的生物活性和促进电子的传递具有重要的作用，大大提高了传感 器的性能，利用纳米材料构建的生物传感器具有广阔的前景。特别是复合纳米材 料更因为其优越的性能而受到人们的重视，具有特殊的电化学性能，更能为生物 分子提供一个特殊，具有生物兼容性的微环境。 1 - 3 2 复合纳米材料的特点 复合纳米材料具有单一材料的协同效应，对于单一的纳米材料而言，具有更 加良好物理和化学性能，表面更加易功能化，有更大的比较面积，更多的结合位 点等优点。 1 3 3 复合纳米材料在e c l 免疫传感器中的应用 正是由于复合纳米材料优异的性能，将其应用于e c l 免疫传感器，对于提高 传感器的灵敏度发挥了重要的作用。h a i y a nw a n g 等【1 8 】人合成了脂质体包覆联吡 啶钌( r u ( b p y ) 3 2 + - e n c a p s u l a t e dl i p o s o m e ) 的复合纳米材料，将该复合纳米材料标 记a f p 抗体，在电极的表面沉积一层纳米金作为固载基质，该复合材料可以包覆 较多的电化学发光活性物质，纳米金也能提供较大的比较面积，从而制备了一种 超灵敏的夹心法电致化学发光免疫传感器。 g u i f e nj i e 等【1 9 】合成了一种新颖的c d s eq d s - c n t s 复合纳米材料用于构建电 致化学发光免疫传感器检测i g g ，实验结果表明c d s eq d s - c n t s 复合纳米材料具 有强的e c l 信号，好的生物相容性、稳定性，对于提高该免疫传感器的灵敏度发 挥了重要的作用。 d a y o n gt i a n 掣2 0 1 制备了鲁米诺标记的金纳米复合纳米材料，用于标记二抗， 构建了超灵敏的夹心法电致化学发光免疫传感器。鲁米诺标记的金纳米复合材料 具有良好的生物相容性，化学发光活性，稳定性以及更强的电化学发光信号。 j i n gx u 等【2 1 】研究了一种新颖的简单的将联吡啶钌充入钛酸盐纳米管的方法， 将所得到的复合纳米材料固定在p t 电极的表面构建e c l 传感器。该传感器显示 了优良的电化学和电化学发光特性，也为构建稳定的新型的e c l 免疫传感器提 供了一个新的思路。 w u j i a nm i a o 等f 2 2 】制备y e c l 活性试剂标记的聚苯乙烯微球复合材料，并将其 用于标记二抗，与抗原结合，再与磁珠标记的抗体结合，形成夹心法e c l 免疫传 感器，该传感器具有较高的灵敏度。 1 4 电致化学发光传感器的发展前景 5 西南人学硕十学位论文第一章 电致化学发光检测技术很灵敏，不仅可以作为敏感的探针用于生物分析，还 能用于环境，食品领域和对药物的分离检测。虽然电致化学发光的研究目前非常 活跃，但仍还需要做大量的研究工作充分发挥其优势。并正朝着如下的方向发展： 第一，合成新型的电化学发光物质。目前应用最为广