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论文首先介绍(电)化学发光的基本概念和类型,综述了近年来新型纳米发光体的合成及其在生物分析中的应用研究进展。其中,二维纳米材料由于其独特的结构特征和优异的物理化学性质而成为纳米科学中一大研究方向,在(电)化学发光领域中具有重要的应用潜力。目前,尽管(电)化学发光生物分析在临床诊断、食品安全检测、药物分析等领域的应用日益增加,但不仅其分析灵敏度受到发光体发光效率的限制,而且其准确度与重现性受到分析过程的随机误差和系统误差的影响,因此发展化学发光高效催化剂和新型多功能化纳米发光体,开发简单、稳定、具有自校正功能的新型(电)化学发光生物分析方法,以实现目标物的高灵敏度、快速准确的检测,在生物分析中具有重要意义。本文以“化学发光功能化二维纳米材料的合成及其生物分析应用”为研究主题,一方面,研究了以金属离子/氧化石墨烯为代表的二维纳米材料复合催化剂对传统化学发光体系的催化原理,探索了两种新型发光功能化二维纳米材料的合成方法和(电)化学发光性质;另一方面,在所合成的新型纳米发光复合物的基础上,构筑了(电)化学发光生物传感界面,建立了两种性能优良的(电)化学发光生物分析新方法,实现了对急性心肌梗死标志物(miR-133a)等的高效分析。主要研究内容如下:1.通过静电作用和络合作用,将金属离子直接负载在氧化石墨烯表面,发展了一种单金属离子负载的氧化石墨烯型纳米复合催化剂(Mn+/GO)的合成方法,并将其成功应用于鲁米诺-H2O2和光泽精-H2O2两个经典化学发光反应体系的高效催化。实验发现,其中Co2+/GO参与的催化体系的化学发光强度分别是鲁米诺-H2O2和光泽精-H2O2反应体系光强的115倍和20倍。相比于传统的金属纳米或金属单原子负载的二维氧化石墨烯材料,我们所合成的这种新型催化剂具有优良的催化活性和更好的化学稳定性,且合成方法简单、高效、环保。进一步理论研究表明,Co2+与GO之间的耦合作用诱导产生了有效极化电荷,从而改善了反应位点的催化活性,促进了反应活性中间体的生成,进一步增强了化学发光反应。金属离子负载的氧化石墨烯型催化剂可望推广到其它化学反应,如有机合成反应、生物降解等。2.利用溶剂极性剪切作用,超声得到薄层二维g-C3N4纳米片,并进一步借助π-π堆积作用,合成了一种新型的电位分辨型电化学发光纳米发光体——N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺功能化类石墨相氮化碳二维纳米片(g-C3N4/ABEI)。通过一系列表征手段(透射电镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱等)分析了其微观形貌和表面组成。在过氧化氢和过硫酸钾(H2O2-K2S2O8)作为共反应试剂的情况下,该纳米复合物分别在阳极(+1.25 V,ECL-1)和阴极(-1.60V,ECL-2)表现出优异的电位分辨型电化学发光特性。通过改变不同的测试条件详细研究了其发光机理,探索了共反应剂活性物种间的协同或抑制作用对g-C3N4/ABEI的电化学发光性质的影响,并提出通过调节双共反应试剂比例(H2O2/K2S2O8)来调节发光峰的相对强度。基于其优良的二维结构特征和可调控的电位分辨型电化学发光性质,g-C3N4/ABEI纳米发光体可望作为纳米分析界面用于生物分析、生物传感、生物成像等领域。3.在前一章工作的基础上,发展了一种基于电位分辨型电化学发光纳米发光体(g-C3N4/ABEI)和滚环扩增(RCA)辅助的目标miRNA放大策略的比率型电化学发光生物传感器。利用Hg2+作为电化学发光信号调节器,成功实现了AMI早期诊断中的生物标志物miR-133a的检测。当存在目标物miR-133a时,成功引发RCA过程,合成了延长的富含T碱基的单链DNA分子。该分子通过抓取g-C3N4/ABEI/Hg2+表面的Hg2+,形成T-Hg(Ⅱ)-T结构而转变成双链体复合物,经清洗步骤从传感界面脱落,从而导致g-C3N4/ABEI/Hg2+表面Hg2+含量的减少,最终引起ECL信号比(I1/I2)的变化。所构建的传感器具有高效的目标物扩增效率、明显的信号比率变化以及简单省时的组装步骤等多种优点,为其带来了优良的分析性能,实现了 0.1 fM-1.0 pM范围内miR-133a的分析,检测限达到48.0 aM。本研究结果表明,所构建的比例型ECL生物传感器在AMI早期诊断中具有重要的应用潜力。4.利用表面活性剂合理调控晶体生长过程(限制其纵向生长而不影响其横向生长),合成了一系列二维金属卟啉类有机框架化合物(M-TCPP)。进一步地,利用M-TCPP中大的比表面积以及丰富的官能团等结构特性,通过原位生长法合成了一种化学发光试剂与贵金属纳米双功能化的二维铜卟啉类有机框架复合物(ABEI/AuNPs/CuTCPP)。通过一系列表征手段分析了其微观形貌与表面组成,并详细研究了其独特的化学发光性质。不同于常规纳米复合材料的化学发光行为,ABEI/AuNPs/CuTCPP表现出较为缓慢的延时性发光动力学特征,并且具有独特的pH可调性;在同等测试条件下,发光强度相比于单纯的ABEI-H2O2体系增加了近60倍,并且优于实验室大多数纳米复合物材料。其高效而稳定的化学发光性能可归因于该复合物优秀的结构特性,如:较大的横向尺寸和原子级的薄层厚度、原子级分布的金属催化中心、金属卟啉单元优秀的生物催化活性。此外,该纳米复合物表现出良好的过氧化物酶性质,对H2O2浓度(10-7～10-3 M)具有高度的相关性。利用这一特性,以ABEI/AuNPs/CuTCPP为信号平台,我们成功建立了一种生物小分子的分析方法,可测定0.3 μM至300 μM范围内的胆碱,检测限达到82.6 nM。该方法可以拓宽到生物代谢过程中其它生物小分子的监测以及相关疾病的诊断,而其强而缓慢的化学发光动力学性质在生物成像分析领域中具有重要应用潜力。