CdS纳晶电致化学发光性能的提升与生物传感应用

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电致化学发光(Electrochemiluminescence,ECL)是一类由电氧化还原产生的化学发光,因此它既有电化学的优势也有化学发光的优点。并且相比于荧光、光致发光等其他光分析手段,的激发光源,背景信号低。此外,ECL检测方法还电致化学发光不需要额外具有灵敏度高、不需要昂贵的检测仪器等优势。半导体纳晶(NCs)作为新型的ECL材料,由于其具有种类多,合成简单,光电性质易于调控等优点,不仅被广泛应用在ECL生物标记和ECL生物传感器中,还催生了很多新的分析原理和方法。NCs与传统的发光试剂如Ru(bpy)32+相比,其ECL的强度通常较弱。本课题组在前期的研究中发展了多种提升ECL性能的方法,并建立了多种基于共振能量转移(RET)的ECL生物分析方法。本论文发现了新型的ECL供受体对,用于microRNA生物小分子的检测中。另外我们发展了一种简单的表面化学处理的方法用于提升CdSNCs的ECL性能,并将其用于生物体系中H2S浓度的检测。具体开展了以下两方面的工作:  1.以核酸包裹的银纳米簇为标记对microRNA进行电致化学发光与电化学双信号检测  本工作中我们使用核酸包裹的银纳米簇提出了一种新型、灵敏、特异性地检测microRNA浓度的分析方法。当目标microRNA存在时,由于核酸包裹的Ag纳米簇的紫外-可见吸收光谱与CdSNCs的ECL发射光谱重叠良好,因此来自滴涂在玻碳电极表面CdSNCs的ECL可被近距离接触的Ag纳米簇猝灭。同时,由于导电性的Ag纳米簇可加速电子传递,因此共反应剂K2S2O8的还原峰电流可以被增强。这样,CdSNCs的ECL强度的猝灭现象与K2S2O8还原峰电流的增强现象可以共同表明同一种生物结合事件。这种检测方法可以灵敏地检测microRNA的浓度,检测范围为10fM至1nM。因此,我们相信这项研究工作可以用于发展其他多种生物传感器。  2.CdSNCs电致化学发光膜的原位活化及其在H2S检测中的应用  我们提出了一种简单的原位活化方法,将滴涂在玻碳电极(GCE)上的CdSNCs膜(CdSNCs/GCE)浸泡在含有H2O2和柠檬酸的活化液中,使得在有H2O2作为共反应剂时其ECL光强提升了约58倍。在活化过程中,CdSNCs被H2O2氧化,粒径减小并有更多的表面S缺陷生成;同时,柠檬酸在稳定NCs方面起重要作用。此外我们对ECL增强机理进行了详细探讨,活化中H2O2与CdSNCs表面过量的Cd2+离子(S缺陷)的吸附作用是主要因素,这种吸附作用能稳定H2O2在电化学过程中产生的OH·自由基,使得更多的(CdS)·-被其氧化生成激发态,导致ECL信号的增强。另外,活化后纳米晶膜变得更薄,且致密度下降,这不仅使表面积增大,暴露更多的表面S缺陷,而且促进了ECL检测液中的小分子如共反应剂H2O2等向膜内的扩散。  由于S(Ⅱ)与CdSNCs表面过量Cd2+离子的结合作用,活化后的CdSNCs/GCE在Na2S溶液中浸泡后,其ECL信号被猝灭,据此,我们以活化后的CdSNCs/GCE作为ECL探针用于检测Na2S浓度,结果表明其ECL信号的猝灭程度与Na2S浓度的对数成线性相关,线性范围较宽,为5nM-20μM,且选择性良好。最后,我们将这种ECL探针成功地应用于生物体系中H2S浓度的检测。
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