电致化学发光(ECL)是由电化学反应引起的化学发光。因为不需要外加激发光源，背景信号低，线性范围宽，并且不需要昂贵的设备，ECL已经发展成为一种有力的高灵敏和高选择的分析技术。根据不同ECL发射物的种类，ECL体系分为无机体系(例如Ru(bpy)32+)，有机体系（例如鲁米诺），和纳米晶(NCs)体系。由于NCs具有独特的量子尺寸决定的电化学性质和ECL可控的优点，NCs已经成为构建生物传感器的热选材料。纳米晶膜具有稳定可调的ECL信号，膜表面极易修饰生物大分子，与其他物质具有多样化的作用，是进行生物靶标分子灵敏检测的理想平台。本论文采用Mn2+离子掺杂对CdS纳米晶ECL性能进行改进，制备了具有强ECL发射的纳米晶膜，研究了纳米晶膜与Au纳米粒子、磁性Fe3O4纳米粒子及CdTe量子点之间的相互作用，研制出多个能量传递型的ECL检测体系。主要研究成果如下:　　1、CdS∶Mn纳米晶的制备及其光学、电化学和电致化学发光性质　　采用共沉淀法合成了表面无包裹剂的Mn2+离子掺杂CdS∶Mn纳米晶。主体CdS纳米晶的s-p带电子与Mn2+离子的d电子之间有高效的能量传递，因而CdS∶Mn纳米晶除了在660nm处有隶属于表面态的ECL发光峰之外，在584.5nm处还出现了Mn2+离子的内部4T1→6A1跃迁发射峰。相应地，CdS∶Mn纳米晶的液相循环伏安图上，在正向电势扫描范围内存在一对Mn2+有关表面态的氧化还原峰，而未掺杂的CdS纳米晶和吸附的Mn2+离子均不会引起氧化还原峰的出现。结果，在共反应剂S2O82-存在下，CdS∶Mn纳米晶膜产生了比未掺杂Mn纳米晶更强更稳定的阴极ECL发射。另外，主体CdS纳米晶与Mn2+离子之间的能量传递是自旋决定的，这为在ECL体系中进一步研究光磁作用提供了理论依据。　　2、Au纳米粒子对CdS∶Mn纳晶膜距离相关的ECL猝灭与增强效应及其在DNA超灵敏检测中的应用　　Au纳米粒子的表面等离子体吸收与CdS∶Mn纳晶膜的ECL发射光谱几乎完全重叠，因而纳晶膜的ECL能充分激发Au纳米粒子的表面等离子体波(SPR)，而SPR反过来又对CdS∶Mn纳米晶产生影响。这种能量相互作用是距离相关的。用具有发卡结构的DNA探针来控制纳米晶膜与Au纳米粒子之间的距离，是一种调节微观粒子作用间距的有效途径。当发卡DNA的环闭合时，Au纳米粒子靠近CdS∶Mn纳晶膜，这时由于CdS∶Mn纳米晶中电致化学产生的激子受近处的表面等离子体波影响导致辐射复合效率降低而观察到明显的ECL猝灭效应。一旦发卡DNA探针与靶标DNA杂化导致发卡DNA环打开，则Au纳米粒子与CdS∶Mn纳米晶膜的距离增加。此时，Au纳米粒子的表面等离子体波正面影响CdS∶Mn纳米晶中的激子，大大提高了激子的辐射复合几率从而显著增强CdS∶Mn膜的ECL发射。Au纳米粒子与CdS∶Mn膜之间的能量相互作用与DNA发卡结构完美结合实现了靶标DNA的灵敏检测。DNA靶标分子引起的ECL增量的对数与其浓度对数在50aM～50fM范围内呈线性关系(R=0.996)，检测限低至50 aM。　　3、电致化学发光过程中的光磁效应及其在免疫分析中的应用　　超顺磁Fe3O4纳米粒子对CdS∶Mn纳晶膜的ECL具有增强作用，且这种增强是距离相关并由Mn2+主导的，是一种Fe3O4纳米粒子与CdS∶Mn纳晶之间光磁作用的结果。Fe3O4纳米粒子的价内电荷转移(IVCT)吸收落在纳米晶的ECL发射光谱内，因而可以被ECL磁化。CdS∶Mn纳晶中存在自旋决定的辐射与无辐射能量传递作用。当超顺磁Fe3O4纳米粒子与CdS∶Mn纳晶膜被三明治夹心结构的抗原-抗体免疫复合物分开时，被ECL磁化的Fe3O4纳米粒子在磁偶极弛豫过程中能够将能量传递给CdS∶Mn纳晶，重新激发在能量传递过程中产生的失活电子从而显著提高CdS∶Mn膜的ECL。将这种物理现象与免疫分析结合，设计了一种三明治式的免疫传感器件，实现了对模型抗原小鼠IgG的灵敏检测。标记上Fe3O4纳米粒子免疫复合物的形成引起的ECL增量与抗原浓度的对数在1fg·mL-1～1 pg·mL-1范围内呈良好的线性关系(R=0.994)，检测限低至1fg·mL-1。　　4、CdTe量子点对CdS∶ Mn纳晶膜ECL的高效猝灭及其对抗原的灵敏检测　　巯基丙酸保护的CdTe量子点表面的羧基经1-乙基-3-3-二甲基氨丙基）-碳化二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)活化后，表面化学结构发生了改变，由此使得CdTe量子点在保持量子点宽吸收的同时不具有激子发射。量子点的光学性质改变也伴随着明显的从亮红到灰色的颜色改变。灰色的CdTe量子点表现出类黑体行为，能够强烈吸收CdS∶Mn纳晶膜的ECL发射而不再次发射光子，是一种高效的ECL猝灭剂。利用CdTe量子点作为ECL猝灭标记物构建了一个三明治型的免疫传感器，实现了对模型抗原小鼠IgG超灵敏检测。CdTeQDs引起的ECL下降值与抗原浓度对数的线性范围为2fg·mL-1～1pg·mL-1(R=0.995)，检测限为1fg·mL-1。　　5、CdTeQDs/SiO2纳米粒子对电致化学发光的放大猝灭效应及其对凝血酶的检测采用st(o)ber方法合成CdTeQDs/SiO2纳米粒子。在合成中，巯基丙酸保护的CdTeQDs的表面保护壳层受到破损，有部分保护分子从表面脱落，从而成为具有宽频强吸收而无光子发射的优良ECL猝灭剂。CdTeQDs对ECL的猝灭是一种能量吞噬作用。这种作用类似黑体吸收，作用距离可达几百纳米。在这个基础上，包含多个CdTeQDs的SiO2纳米粒子成功地实现了对CdS∶Mn纳米晶膜ECL的放大猝灭。在能量猝灭作用范围内，猝灭程度仅与SiO2纳米粒子中包含的QDs数目有关。用平均粒径为40nm，内包含约200个QDs的CdTe QDs/SiO2纳米粒子作为ECL猝灭标记物结合适配体与凝血酶的特异识别完成了对模型目标物凝血酶的埃摩浓度检测。凝血酶与适配体结合引起ECL猝灭剂从纳米晶膜表面离去，从而纳米晶膜的ECL信号增加。信号增加值的对数与凝血酶浓度的对数在5 aM～5fM范围内呈现良好的线性关系(R=0.996)，检测限低至1aM。此外，该传感器件对牛血清蛋白、溶菌酶、抗体及血红蛋白几乎没有ECL变化，显示出良好的检测选择性。