基于共振能量转移和共反应促进剂信号转换策略构建电致化学发光传感器的研究

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电致化学发光(Electrochemiluminescence,ECL)是一种兼具传统电化学和化学发光独特优势的新兴技术,由于其操作简单、稳定性好、分析灵敏度高、背景信号低、仪器轻便等优点得到了广泛关注。随着检测技术的不断提高,人们对传感器的灵敏度有了更高的要求。近年来,为了进一步提高ECL传感器的性能和灵敏度,研究者们研发了多种信号转换技术。ECL共振能量转移(ECL-RET)是一种基于在能量供体和能量受体之间发生电子激发能传递的信号转换技术。由于ECL-RET没有激发光源和散射光的干扰等优点,已被广泛的应用于传感器的构建。因此,本文主要以共振能量转移和共反应促进剂信号转换策略为出发点,寻找合适的供体与受体对,减小受体与供体之间的距离以及探寻新型的共反应促进剂来构建灵敏度高、响应速度快、稳定性好的电致化学发光传感器,分别实现了对叶酸、多巴胺、甲氨蝶呤的检测。具体研究内容如下:1.基于NGQDs与BNQDs之间的共振能量转移构建ECL叶酸传感器量子点具有较宽的激发光谱和较窄的发射波段,是ECL-RET传感器能量供体的理想选择。迄今为止,量子点在ECL-RET传感器中既能作为供体又能作为受体,但是关于量子点与量子点之间发生RET的研究较少。因此,本文研究了氮掺杂石墨烯量子点(NGQDs)作为受体与硼氮量子点(BNQDs)作为供体的ECL-RET现象,并进一步探讨了可能的RET机理。由于NGQDs/BNQDs体系能够发生ECL-RET,与单独的NGQDs相比较,该体系的ECL发光信号明显增强了10倍。基于叶酸(FA)能够消耗自由基中间体SO4·-,成功构建了信号“on-off”型ECL-RET传感器用于FA的灵敏检测。在1.0×10-11~1.0×10-4mol/L范围内,该传感器ECL信号与FA的浓度呈良好的线性关系,检测限为6.15×10-12mol/L(S/N=3)。同时,该ECL-RET传感器成功地应用于人血清样品中FA的检测,并且具有较高的回收率。该工作为量子点之间发生ECL-RET的进一步应用奠定了坚实的基础。2.基于C-g-C3N4/CuO纳米复合材料构建共振能量转移信号“off-on”型电致化学发光传感器ECL-RET作为一种有力的分析技术受到了广泛的关注。RET技术除了能够放大ECL信号外还可以猝灭ECL信号,从而提高ECL传感器的性能。此外,RET的效率很大程度上取决于供体与受体之间能量转移的距离。鉴于此,本文以羧酸化类石墨相氮化碳(C-g-C3N4)作为能量供体,CuO纳米针作为能量受体,构建一种新型的ECL-RET体系。通过原位沉淀法在C-g-C3N4上固载CuO纳米针,形成C-g-C3N4/CuO纳米复合物,以缩短供体与受体之间能量转移的距离,提高RET效率。由于多巴胺(DA)能够还原CuO,使C-g-C3N4从C-g-C3N4/CuO纳米复合物上脱落,从而阻碍了C-g-C3N4与CuO之间的RET,ECL信号恢复。因此,我们设计了一种信号“off-on”型ECL-RET传感器,用于DA的灵敏分析。该传感器检测DA的线性范围为10 nmol/L~1 mmol/L,检测限为8.2 nmol/L(S/N=3)。此外,该ECL-RET传感器成功地应用于盐酸多巴胺注射液以及人血清中DA的灵敏检测。该方法为提高ECL-RET效率提供了一个新的研究思路。3.基于3D ZnNiO2NFs作为新型共反应促进剂构建ECL传感器用于甲氨蝶呤的测定迄今为止,开发一种有效的方法来提高发光体的ECL发光以及稳定性仍具有极大的挑战性。还原氧化石墨烯(rGO)具有较大的比表面积和良好的导电性,能够固载大量的发光体来提高ECL发光效率。该体系使用rGO和聚苯胺(PANI)作为纳米探针,与类石墨相氮化碳(g-C3N4)通过原位复合生成rGO@g-C3N4-PANI纳米复合物,以增强g-C3N4的发光。此外,使用ZnNiO2纳米花(ZnNiO2NFs)作为rGO@g-C3N4-PANI/K2S2O8体系的新型共反应促进剂,实现信号双重放大。由于ZnNiO2NFs表面带有大量的正电荷,通过静电排斥力能够有效防止电极表面还原产物沉积引起的电极钝化,从而实现ECL信号稳定化。因此,基于甲氨蝶呤(MTX)与自由基中间体SO4·-的反应,rGO@g-C3N4-PANI/ZnNiO2体系的ECL信号明显降低,构建了信号“on-off”型ECL传感器,用于MTX的灵敏测定。在1 pmol/L~10μmol/L范围内,ECL发光值与MTX的浓度具有良好的线性关系,检测限为0.24 pmol/L(S/N=3)。该方法为ECL传感器的信号放大和稳定性提供了新的研究思路。
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