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光电化学(Photoelectrochemical，PEC)生物传感器是基于光电化学技术与生物传感分析迅速发展起来的新兴研究领域。由于其操作简便、灵敏度高、背景信号低和生物亲和性好等特点，已经快速发展成为一种针对不同生物识别元件的重要分析技术，近年来受到了大量分析化学研究者的关注。
PEC生物传感器的分析性能依赖于光电活性材料。光电活性材料可以将生物或化学信息转换成可观测到的PEC信号。因此，开发光电转换效率高的光电活性材料才能够实现高灵敏的生物传感器，是设计高性能PEC生物传感器的关键步骤之一。
两种不同半导体相接触而形成的界面区域称为异质结，而具有异质结结构和特性的复合材料常被称为异质结复合材料。构建两种或多种半导体的异质结被认为是设计所需性能光电极最受欢迎的方案之一，从而被应用在PEC生物传感器中。由于能带匹配，不同类型半导体的结合产生了性能优异的异质结复合材料。
本论文主要基于新型异质结复合材料的制备，构建了应用于肿瘤标志物糖类抗原125(CA125)和碱性磷酸酶(ALP)活性检测的PEC传感器，并展开了相应的分析工作：
(1)在氧气气氛中直接煅烧Cu2+掺杂的ZIF-8，制备CuO-ZnOp-n异质结新型光电材料。采用扫描电镜、透射电镜、氮吸附-解吸法和X射线衍射等表征技术对其形貌和结构进行了详细的研究。在可见光照射下，CuO-ZnO异质结在抗坏血酸(AA)和溶解氧的存在下表现出良好的PEC行为。以CA125抗体修饰的CuO-ZnO异质结(CuO-ZnO-Ab2)为信号源，构建了一种新型的PEC免疫检测平台，用于CA125的超灵敏检测。由于在传感平台上通过目标诱导直接引入了光电材料，所设计的PEC免疫传感器具有良好的CA125检测性能：近零背景噪声、宽的线性响应范围(1×10-5-100U/mL)和低的检测限(3.2×10-6U/mL)。所制备的CuO-ZnO异质结及其相关的PEC传感平台，可以对各种目标物进行超灵敏、高精度的检测，在生物化学分析与疾病诊断方面具有广泛的应用前景。
(2)以Ni/Cu-BTC多面体为前驱体合成了p-p型异质结复合材料NiO-CuO。采用扫描电镜、氮吸附-解吸法、X射线衍射和X射线光电子能谱等表征技术对其形貌和结构进行了详细的研究。并将其修饰在氧化铟锡(ITO)电极表面，发展了一种简单的高灵敏度检测碱性磷酸酶(ALP)活性的PEC酶传感器。ALP可以催化溶液中的抗坏血酸磷酸酯钠(AAP)水解产生AA。由于NiO-CuO异质结具有多孔结构，分散均匀，而且对溶液中的AA十分敏感，该异质结具有优异的PEC性能。利用该PEC酶传感器检测ALP活性具有宽的线性响应范围(1 - 1000 U/L)和低的检测限(0.04 U/L)。该方法为新型光电材料的制备和PEC生物分析开拓了新的思路。
(3)基于ALP催化5-溴-4-氯-3-吲哚磷酸盐(BCIP)产生绝缘沉淀，成功开发了一种以NiO-CuO异质结复合材料为初始电极的“signaloff”型PEC免疫传感器，并实现了CA125的灵敏检测。先通过戊二醛交联法将CA125抗体Ab1引入到电极表面，在CA125的存在下利用抗原抗体特异性识别引入生物缀合物Ab2-AuNPs-ALP。由于ALP水解溶液中的BCIP会生成不溶性蓝色沉淀(BCIP二聚体)，并在光电极上积累，初始电极的光电流信号大幅度降低。所研制的PEC传感器检测CA125的线性范围从5×10-6到1U/mL，检测限低至6.3×10-7U/mL，具有结构简单、选择性高、重复性和稳定性良好等优点，在肿瘤疾病的检测和预防中具有潜在的应用价值。
PEC生物传感器的分析性能依赖于光电活性材料。光电活性材料可以将生物或化学信息转换成可观测到的PEC信号。因此，开发光电转换效率高的光电活性材料才能够实现高灵敏的生物传感器，是设计高性能PEC生物传感器的关键步骤之一。
两种不同半导体相接触而形成的界面区域称为异质结，而具有异质结结构和特性的复合材料常被称为异质结复合材料。构建两种或多种半导体的异质结被认为是设计所需性能光电极最受欢迎的方案之一，从而被应用在PEC生物传感器中。由于能带匹配，不同类型半导体的结合产生了性能优异的异质结复合材料。
本论文主要基于新型异质结复合材料的制备，构建了应用于肿瘤标志物糖类抗原125(CA125)和碱性磷酸酶(ALP)活性检测的PEC传感器，并展开了相应的分析工作：
(1)在氧气气氛中直接煅烧Cu2+掺杂的ZIF-8，制备CuO-ZnOp-n异质结新型光电材料。采用扫描电镜、透射电镜、氮吸附-解吸法和X射线衍射等表征技术对其形貌和结构进行了详细的研究。在可见光照射下，CuO-ZnO异质结在抗坏血酸(AA)和溶解氧的存在下表现出良好的PEC行为。以CA125抗体修饰的CuO-ZnO异质结(CuO-ZnO-Ab2)为信号源，构建了一种新型的PEC免疫检测平台，用于CA125的超灵敏检测。由于在传感平台上通过目标诱导直接引入了光电材料，所设计的PEC免疫传感器具有良好的CA125检测性能：近零背景噪声、宽的线性响应范围(1×10-5-100U/mL)和低的检测限(3.2×10-6U/mL)。所制备的CuO-ZnO异质结及其相关的PEC传感平台，可以对各种目标物进行超灵敏、高精度的检测，在生物化学分析与疾病诊断方面具有广泛的应用前景。
(2)以Ni/Cu-BTC多面体为前驱体合成了p-p型异质结复合材料NiO-CuO。采用扫描电镜、氮吸附-解吸法、X射线衍射和X射线光电子能谱等表征技术对其形貌和结构进行了详细的研究。并将其修饰在氧化铟锡(ITO)电极表面，发展了一种简单的高灵敏度检测碱性磷酸酶(ALP)活性的PEC酶传感器。ALP可以催化溶液中的抗坏血酸磷酸酯钠(AAP)水解产生AA。由于NiO-CuO异质结具有多孔结构，分散均匀，而且对溶液中的AA十分敏感，该异质结具有优异的PEC性能。利用该PEC酶传感器检测ALP活性具有宽的线性响应范围(1 - 1000 U/L)和低的检测限(0.04 U/L)。该方法为新型光电材料的制备和PEC生物分析开拓了新的思路。
(3)基于ALP催化5-溴-4-氯-3-吲哚磷酸盐(BCIP)产生绝缘沉淀，成功开发了一种以NiO-CuO异质结复合材料为初始电极的“signaloff”型PEC免疫传感器，并实现了CA125的灵敏检测。先通过戊二醛交联法将CA125抗体Ab1引入到电极表面，在CA125的存在下利用抗原抗体特异性识别引入生物缀合物Ab2-AuNPs-ALP。由于ALP水解溶液中的BCIP会生成不溶性蓝色沉淀(BCIP二聚体)，并在光电极上积累，初始电极的光电流信号大幅度降低。所研制的PEC传感器检测CA125的线性范围从5×10-6到1U/mL，检测限低至6.3×10-7U/mL，具有结构简单、选择性高、重复性和稳定性良好等优点，在肿瘤疾病的检测和预防中具有潜在的应用价值。