新型光学纳米结构的电致化学发光性能及其高灵敏生物检测研究

近年来，新型光学纳米材料不断涌现，成为化学、生物、信息等科学领域的研究热点，而其电致化学发光(ECL)研究方兴未艾。本课题拟从此类纳米结构入手，发展其可控合成、表面修饰及界面组装技术，研究其ECL性能，开展新型的高灵敏生物检测方法的研究。首先通过优化材料的结构和发光环境，来获取具有高发光效率、低激发电位的新型ECL结构。进一步探讨材料修饰、组装与ECL间的构效关系，综合阐明ECL的机制。将纳米结构与生物分子结合形成生物探针，发展一系列针对单一组分或多组分的低廉、便捷的高灵敏生物检测新技术；同时构建生物功能化的超亲水纳米界面，结合流动注射等技术，探索快速非标记ECL生物传感监测的新方法。本课题的研究立足于发展性能更加优越的新型ECL检测方法和技术，将有力地推动便携式的分子诊断和环境监测等系统的发展。

在青年基金资助下，本项目已完成既定研究，取得了一系列成果：一是探讨了CdSe纳米颗粒的ECL行为及生物检测应用。我们发现巯基乙醇稳定CdSe纳米颗粒在玻碳电极上的电位触发吸附行为及其伴生ECL。随后发现神经递质5-羟色胺对该ECL动力学具有显著的抑制作用，证实该抑制是5-羟色胺电聚合后在电极表面逐渐积累，降低CdSe吸附量造成的。该策略被用于高灵敏检测血清样品中的5-羟色胺。进一步，我们创造性地提出利用碱性磷酸酶(ALP)催化产生的酚类与纳米CdSe在电极表面的竞争吸附来调控ECL响应动力学，应用于ALP的高灵敏检测，检测限达0.5 nM，相关工作发表在Anal. Chem.。我们还发现alpha-淀粉酶能诱导淀粉包裹CdTe纳米颗粒沉聚。理论推导和实验结果都证实所需沉聚时间与alpha-淀粉酶活性成反比。该时间依赖技术无需复杂仪器，适用于唾液样本alpha-淀粉酶检测，与标准方法相关性强(R^2 0.998)，应用前景良好，已申请发明专利。二是实现了ZnO等光学纳米材料的可控合成及其细胞检测与成像应用。我们基于乙醇中十二胺胶束与痕量水作用形成的强碱性微腔来可控生长ZnO量子点，可调制出395~540 nm的荧光。相关论文被Chem. Commun.遴选为封面文章。此外运用多种醇胺类结构导向剂在低温、常压、接近中性pH下合成ZnO六边形薄片和纳米棒，成功应用于细胞的光动力学作用和荧光成像领域。三是基于碳纳米材料pi-pi相互作用，发展了NADH等生物分子高灵敏传感技术和白血病K562细胞耐药性的无标记快速筛查方法。上述工作在Anal. Chem., Chem. Commun., Biosens. Bioelectron., Chem. Asian J., Biomaterials等SCI期刊上发表论文14篇，其中10篇影响因子>3.0 (含4篇>5.0)，被Nano Lett.、RSC Adv.、Lab on a Chip、Chem. Commun.等重要SCI期刊他引46次 (截至2012年12月31日)；申请发明专利1项。相关工作作为代表性成果之一获得2011年教育部自然科学二等奖(编号2011-064)。综上所述，本研究拓展光学纳米结构ECL技术的分析应用，有力提升了青年负责人的独立研究水平，达到了预期目的。