电致化学发光分析法检测软粒子碰撞的研究

The project of “Observing soft particle collision by electrogenerated chemiluminescence (ECL)” was proposed. Three types of soft particle collision, including single emulsion droplet collision, single lipidosome collision and single ECL signal functionalized soft particle collision were studied by using ECL technique. The effects of characteristics of soft particle, electrode material, ionic strength, pH and electrochemical conditions on the ECL signal produced by single soft particle collision were investigated. The project focused on the amplification strategy of ECL signal generated by single soft particle collision at ultramicroelectrode and the strategy to reduce the interferences from chemical and electrical backgrounds. The mechanism of single soft particle collision using ECL technique was studied. The achievements in this project will significantly improve the development of single soft particle detection and single molecule detection. And it will also promote the development of ECL method and their applications in analytical, biological and material fields.

本项目提出电致化学发光分析法检测软粒子碰撞的研究。以电致化学发光信号为检测信号，研究单个软粒子（乳化液滴、脂质体等）和负载或包覆电致化学发光信号物质的软粒子在电极表面的碰撞行为，建立检测单软粒子的电致化学发光分析方法。考察软粒子性能、电极材料、溶液离子强度、pH、电化学条件等对单个软粒子在电极表面碰撞行为的影响；重点研究微电极上软粒子碰撞产生的微弱电致化学发光信号的放大策略；研究解决背景对微弱信号干扰的方法；探讨软粒子在电极表面碰撞的电子传递和电致化学发光机制和规律。该研究将为电致化学发光软粒子、单分子检测提供新思路，对分析化学、生命科学和材料科学研究以及生物分析方法的发展均具有重要意义。

本项目开展了电化学发光分析法检测软粒子碰撞的研究。以电化学发光信号为检测信号，研究单软粒子和负载电化学发光信号物质的软粒子在电极表面的碰撞行为，建立了检测单软粒子的电化学发光分析方法。(1) 基于单颗粒碰撞电化学检测技术研究水/1，2-二氯乙烷界面二苯并-18-冠-6-醚加速碱金属离子转移反应；在金超微电极 (Au UME)和铂超微电极表面研究了正己烷 [Fc+BMIMPF6]/水乳化液滴的电化学碰撞行为；在Au UME 表面研究Nafion-金纳米粒子负载钌联吡啶衍生物的电化学碰撞行为及其在三正丙胺体系中的电化学发光碰撞行为；在Au UME表面研究了麦尔多拉蓝-钌联吡啶纳米复合物的电化学和电化学发光碰撞行为；在Au UME表面研究了3,4,9,10-苝四羧酸-鲁米诺/富勒烯和纳米金/氨基硫脲-3,4,9,10-苝四羧酸-鲁米诺/富勒烯复合物的电化学和电化学发光碰撞及催化放大。(2) 以纳米复合材料如Ru(bpy)32+功能化金属-有机框架碳纳米管复合材料和DNA桥连功能化的金纳米粒子为信号放大策略，建立了两种RNA电化学发光传感新方法；以特异性识别反应为分子识别基础，建立了六种检测DNA羟甲基化含量的电化学发光传感新方法；以DNA酶和限制性内切酶为分子识别基础，基于纳米组装结合核酸信号放大策略，建立了两种检测DNA酶活性的电化学发光传感新方法。(3) 研究了纳米复合物如氮掺杂石墨烯量子点和金属有机框架材料Co-MOF对化学发光体系的催化化学发光动力学；研究了纳米复合物如鲁米诺功能化的氮掺杂石墨烯量子点和金属有机框架材料Cu-MOF催化放大电化学发光体系发光的机理。(4) 制备新型纳米复合材料还原氧化石墨烯负载氧化钴提高了锂离子电池阳极电化学性能；以酞菁铜组装二氧化钛纳米棒阵列纳米材料为阳极，构建了一种具有高性能的光催化分解水器件。这些研究成果为电化学发光单颗粒、单分子检测提供了新思路，对分析化学、生命科学和材料科学研究的发展均具有重要意义。发表论文18篇(影响因子大于5.0刊物12篇)。培养研究生19名，其中，8名硕士研究生已毕业，7名硕士研究生在读，4名博士研究生在读。