细胞是生物体结构和功能的基本单位,细胞研究与生命科学的发展、医学治疗与临床诊断的进步以及公共卫生水平的提升均存在密切的关系。目前,伴随着发病率的逐步攀升,癌症已成为人类健康的头号杀手。因此,发展癌细胞的高灵敏诊断方法成为了提高人类健康水平的关键。当细胞发生病变或癌变时,细胞内某些小分子表达水平,细胞膜内外蛋白的表达水平以及细胞内酸碱度均会发生明显的变化,基于这些变化可以实现对癌细胞的有效诊断。光电化学生物分析技术是一种将光电化学和生物分析集成开发的新型方法,其激发光源和检测信号是两个相互独立的部分,这很好的规避了传统电化学手段背景信号大的缺陷,故检测灵敏度得到了极大的提升,因此得到了广泛关注。近年来,利用光电分析技术已经实现对于多种生物物质的分析检测,如:核酸、蛋白质、酶、细胞及细胞内小分子物质等。然而,传统的光电化学传感体系多基于含铅、镉等高毒性重金属材料构建,且激发光源波长通常在紫外-可见区域,材料毒性与短波长激发光源对生物样品均伤害较大,从而限制了其进一步发展,尤其在细胞检测方面局限较大。开发长波长红光驱动的低毒性光电材料对于光电化学生物传感具备较大意义。针对此问题,本论文合成了一系列长波长红光可驱动的低毒性三元无机半导体纳米材料及其复合材料,利用光电化学手段在低生物损伤的红光驱动下实现了细胞的定量检测。具体开展的工作如下:1.本章工作基于酞菁染料敏化的Ag-Zn-In-S(AZIS)量子点(QDs),发展了 一种免标记的红光驱动的光电化学细胞传感平台。相比于未掺杂的Zn-In-S QDs而言,利用水热法合成的Ag掺杂Zn-In-S QDs对红光有更高的吸收利用率,产生的光电流信号强度提高了 7倍。经过铁酞菁染料(FePc)与AZIS QDs在超声混合作用下形成的复合材料,作为信号输出源又进一步显著提高了红光激发下光电流的产生能力。透明质酸(HA)可以识别A549细胞表面过表达的CD44蛋白并捕获细胞。利用HA表面的羧基与复合材料表面的氨基之间的酰胺反应将HA修饰到电极的表面,建立了一种用于A549细胞的高效超灵敏检测的光电化学细胞传感平台。细胞被捕获到电极表面后产生的巨大的空间位阻效应使得复合材料的光电流强度显著减小,通过细胞捕获前后光电流的变化情况,可实现对A549细胞的定量分析。该细胞传感器对A549细胞检测的线性浓度范围是2×102-4.5×106 cells/mL,在三倍信噪比下得到的检测限为15 cells/mL。该传感器具有灵敏度高、稳定性好等优点,除A549细胞外,也可被拓展为其他生物分子检测的理想平台。2.本章提出了一种基于低毒性巯基丙酸(MPA)包覆的AgInS2纳米颗粒(NPs)的新型红光驱动光电化学生物传感平台。该平台利用具有良好水溶性和生物相容性的AgInS2 NPs作为光电活性材料,在红光激发下该材料具有高的光电转换效率,能够产生强的光电流信号,这有利于提高检测的灵敏度。将氨基末端修饰的sgc8c适配体引入AgInS2 NPs修饰电极的表面后,适配体可以有效捕获CCRF-CEM细胞表面过表达的酪氨酸蛋白激酶。因此,以CCRF-CEM细胞作为分析模型,在630nm光激发和0.15 V偏压下,利用捕获CCRF-CEM细胞后光电流强度明显下降的特点,设计了一种超灵敏且无损伤检测的光电化学细胞传感器。该细胞传感器对CCRF-CEM细胞的线性响应范围宽、检测限低、特异性高、毒性小,且具有良好的分析性能。在三倍信噪比下得到的检测限为16 cells/mL。这项工作不仅扩展了三元半导体纳米材料在光电化学生物传感器中的应用,且提供了一种有望用于癌症的早期临床诊断的无损细胞测定方法。