光电化学（PEC）生物分析作为一种新兴的分析技术,结合了生物分析,光学分析和电化学分析的优势已成为生命分析领域重要的研究前沿之一。由于激发信号（光）与输出信号（电流或电压）由两个完全不同的能量形式构成,PEC生物分析技术的背景干扰被大大降低。其基本检测原理是在光照条件下,通过光敏电极将目标物浓度信息转化为可检测电信号实现定量分析。一般来说,构建高性能PEC生物传感器的关键主要有两方面:一方面是开发新型光电活性物质,其中半导体复合材料是一类富有开发前景的光电活性物质;另一方面是设计新颖的信号放大策略,信号放大策略是使各类信号标记物和光电活性物质发生有效相互作用实现高效检测的重要桥梁。由于TiO₂的热和化学稳定性高,亲水性强,毒性低并具有较好的电子传输能力,可以与大多数光敏半导体的能级匹配,因此具有高光电活性的TiO₂基纳米复合材料已被广泛用于PEC分析领域。鉴于此,本论文将TiO₂作为光电活性复合材料基底并结合原位引入光电活性物质的信号放大策略,制备了Cu²⁺掺杂g-C₃N₄/TiO₂纳米棒阵列（NAs）和左旋多巴（DOPA）/TiO₂纳米颗粒（NPs）两种高性能复合材料,用于构建新型高灵敏PEC生物传感器:1.基于Cu²⁺掺杂g-C₃N₄/TiO₂异质结的高灵敏光电化学H₂S传感器的构建本工作利用二维材料基异质结作为高效的光电活性复合材料,制备了Cu²⁺掺杂g-C₃N₄/TiO₂ NAs并将其用于构建新型H₂S PEC生物传感器。具体而言,首先通过热聚合法合成g-C₃N₄,随后通过水热法合成牢固附着在电极表面的g-C₃N₄/TiO₂ NAs,然后将Cu²⁺掺杂在电极表面作为Cu_xS（x=1,2）的前驱体。由于原位生成的Cu_xS作为新的光生载流子复合中心可以有效抑制光电流,利用光电流信号与S^2-浓度相关性,实现H₂S的高灵敏检测。本传感器的线性范围为1×10^-99 M到5×10^-6 M,最低检测限为58 pM。试验表明g-C₃N₄/TiO₂ NAs这种二维材料基异质结在PEC生物分析中具有很好的性能,为高性能纳米复合材料的发展提供新的思路。2.基于酪氨酸酶诱导原位敏化TiO₂电极的脂质体光电化学前列腺特异性抗原传感器的构建本工作分别以酪氨酸酶（Tyr）和TiO₂ NPs作为代表性酶和光电极,首次提出将酶诱导原位敏化半导体电极策略用于脂质体PEC免疫分析。脂质体作为常用纳米载体与原位引入光电活性物质策略联用可以有效实现信号放大。首先,通过薄膜水化法制备包封有Tyr的脂质体（TLL）,并将其与抗体偶联作为信号标记物。随后在96孔板中对前列腺特异性抗原进行识别构建夹心免疫复合物,然后加入表面活性剂以释放被包封的Tyr。由于Tyr催化酪氨酸向DOPA转化,DOPA作为邻苯二酚衍生物可以与通过液相沉积法获得的TiO₂电极上未配位的Ti位点配位原位形成稳定的DOPA-Ti电荷转移复合物,从而原位敏化TiO₂电极使其在可见光下光电流响应显著增强。本传感器的线性范围从0.5 pg m L^-1到100 ng m L^-1,最低检测限为0.5 pg m L^-1。另外,本工作通过计算得到TLL的包封率为80%和TLL内Tyr的浓度为2.75×10⁸ U L^-1。本工作基于脂质体和Tyr诱导原位敏化TiO₂的简单、灵敏的新型免疫分析模式,可作为一种通用的PEC生物分析方法扩展到多种其他目标分子的检测。