摘要
电致化学发光（ECL）是一种以电化学为基础，通过电极表面发生的电化学反应引发的化学发光现象，结合了电化学和化学发光两个过程。随着纳米技术和生物技术的蓬勃发展，电致化学发光技术也日新月异，因其灵敏而高效的分析检测性能，在生命分析、环境检测、临床检验、食品安全和工业分析等领域备受关注。 高灵敏的电致化学发光传感器需要发光体化学性质稳定，发光量子产率高等优异特性。研究者们也一直致力于开发优异的发光体。目前常用的发光体有量子点、联吡啶钌和鲁米诺等。近几年，具有π共轭体系的苝四羧酸分子由于具有很好的电致发光性能而用于构建灵敏的电致化学发光传感器。然而苝四羧酸分子在较高的发光电位（-1.8V）下才具有较强的电致化学发光强度。 本论文以阴极低电位电致化学发光体苝酰亚胺衍生物分子的设计、合成及生物传感器构筑为主要内容，包括以下四个部分： 1.苝二酰亚胺作为阴极发光体构筑低电位单组分发光免疫传感器 制备了一个新的电致化学发光体N,N-二甲基-3,4,9,10-苝四羧酸二甲酰亚胺。研究发现，该发光体在共反应剂K2S2O8存在时，在-0.47V产生很强的电化学发光信号，并且产生的电致化学发光波长为689nm，这是电致化学发光过程中形成的H型N,N-二甲基-3,4,9,10-苝四羧酸二甲酰亚胺二聚体激发回到基态时所发出的光。该电致化学发光体被用来构建低电位电致化学发光单组分生物传感器检测癌胚抗原这种肿瘤标志物。将发光体N,N-二甲基-3,4,9,10-苝四羧酸二甲酰亚胺通过π-π共轭作用组装在氧化石墨烯片上，然后将金纳米颗粒固定在N,N-二甲基-3,4,9,10-苝四羧酸二甲酰亚胺/氧化石墨烯复合材料上，最后将二抗吸附在金纳米颗粒/N,N-二甲基-3,4,9,10-苝四羧酸二甲酰亚胺/氧化石墨烯复合材料上，制备成二抗标记的电致化学发光材料，用以构建三明治型的夹心电化学发光免疫传感器检测肿瘤标志物癌胚抗原。结果表明，制备的电致化学发光生物传感器在-0.47V处对癌胚抗原展示灵敏的电致化学发光响应，该传感器具有较高的灵敏度和良好的线性关系，检出限低至0.29fg mL-1。并且该传感器在癌症患者血清检测中具有满意的回收率，证实其具有潜在的临床实用价值。 2.苝二酰亚胺及鲁米诺作为发光体构筑低电位的电位分辨型双组分免疫传感器 在上述研究内容的基础上，合成了一个新的低电位的阴极电致化学发光体N,N-2-(3-二甲基氨丙基)-3,4,9,10-苝四羧酸二酰亚胺。在共反应剂K2S2O8存在时，该发光体在-0.25V处产生很强的电化学发光信号，并且产生的电致化学发光峰值波长为718nm，这是电致化学发光过程中形成的J型N,N-2-(3-二甲基氨丙基)-3，4，9，10-苝四羧酸二酰亚胺二聚体激发回到基态时所发的光。鲁米诺在0.6V及银纳米颗粒催化下可以与共反应剂过氧化氢产生很强的电化学发光信号。因此分别以N,N-2-(3-二甲基氨丙基)-3，4，9，10-苝四羧酸二酰亚胺和鲁米诺作为电位分辨的发光体，构建电位分辨的双组分生物传感器同时检测不同的肿瘤标志物。N,N-2-(3-二甲基氨丙基)-3，4，9，10-苝四羧酸二酰亚胺与氧化石墨烯和二抗结合，鲁米诺与金银复合颗粒、氧化石墨烯、二抗结合形成电位分辨的二抗修饰的电致化学发光纳米材料。这两个电位分辨的电致化学发光纳米材料进一步用于构建电位分辨的夹心式生物传感器，对癌胚抗原和甲胎蛋白同时进行检测，线性扫描电位范围为-0.6V到0.6V。制备的传感器在-0.6V对癌胚抗原展示灵敏的电致化学发光响应，在0.6V对甲胎蛋白展示灵敏的电致化学发光响应，并且在癌症患者血清检测中具有良好的回收率。这些结果表明制备的双组分同时检测的传感器有可能在临床中实用。 3.基于两种不同发光电位的苝衍生物分子构建比例型传感器 制备了一种新的电化学发光体1,6,7,12-四氯-3,4,9,10-四甲酸二酐（PTCDA-Cl4），在S2O82-水体系中，该发光体在-1.2V显示出较强的电化学发光，这是由于PTCDA-Cl4与S2O82-的协同反应而产生的激发态PTCDA-Cl4二聚体的发光，电化学发光峰值波长在640nm。利用这种电化学发光体和研究内容二中使用的双发光电化学发光体PDI构建比例型免疫传感器。氧化石墨烯（GO）负载PDI与二抗结合形成标记二抗的电化学发光杂化材料，首先在玻碳电极（GCE）上滴涂PTCDA-Cl4，晾干后浸入电沉积AuNPs膜，之后固定抗体（Ab1），接着用BSA封阻，采用肿瘤标志物α-甲胎蛋白（AFP）作为目标分析物，最后，将与抗体结合的PDI电化学发光纳米杂化材料滴加到GCE/PTCDA-Cl4/Au/Ab1上，形成以-0.48V的PDI，以-1.2V的PTCDA-Cl4为检测信号的比例型ECL免疫传感器。该免疫传感器能灵敏检测出AFP，线性响应范围为0.01pg mL-1-100pg mL-1，检出限为3.33fg mL-1。通过两个发光信号的自校准来消除大多数干扰与不确定性，显示了自校准的深远意义，可用于精确的定量分析。 4.苝四甲酸二酐-苯胺多色发光材料构建免标记免疫传感器 制备了一种新型水相多色ECL纳米材料，在相同的电位范围内可以产生多色发光。通过组装单发发光体3,4,9,10-苝四甲酸二酐（PTCDA）与共反应剂苯胺（An）制备了这种多色ECL纳米材料。以K2S2O8为共反应剂时，PTCDA-An纳米材料在486nm处产生的发光比在483nm处的单个PTCDA发光更强，在692nm处和760nm处产生了两个新的发光峰。这种高效的ECL纳米材料PTCDA-An被用于构建免标记免疫传感器检测肿瘤标志物，利用蛋白的有效覆盖阻碍发光体与共反应剂的有效碰撞，从而引起电致发光光谱强度变化的原理，将金纳米粒子电沉积在PTCDA-An表面，固定一抗（Ab1）以捕获目标物。产生了相同电位的多色ECL，极大地促进了多色ECL的发展。
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