新型化学发光试剂/催化剂双功能化纳米材料及其在体外诊断中的应用研究

Despite much progress in functionalized nanomaterials with novel magnetic, surface-enhance Raman scattering, localized surface plasmon resonance, fluorescent, phosphorescent, catalytic and biological properties, chemiluminescence (CL) functionalized nanomaterials with high CL efficiency are far from fully developed. The project is to explore new methodologies for the synthesis of CL reagent/catalyst bifunctionalized metal nanomaterials and carbon nanomaterials with high CL efficiency. The surface properties, CL properties, heterogeneous catalytic properties and their mechanism of the synthesized bifunctionalized nanomaterials are to be studied. Highly chemiluminescent analytical probes and analytical interface are to be designed and assembled by using bifunctionalized nanomaterials as building blocks. The molecular regulation mechanism of the CL and electrochemical properties on the nano-interface are to be studied. Novel CL analytical methods based on labeling technology or label-free technology are to be established for sensitive, selective, rapid and low-cost detection of trace amount analytes. This work is for the first time to explore the synthesis of CL reagent/catalyst bifunctionalized nanomaterials and provides a new class of functionalized nanomaterials with excellent CL activity. The disclosure with respect to heterogeneous catalytic property of catalyst immobilized on the surface of nanomaterials in liquid-phase CL reactions, unique CL properties of bifunctionalized nanomaterials and their mechanisms will further enrich our knowledge on the unique physicochemical properties of nanomaterals. It is of great importance for fundamental studies of nano-science, catalytic science and CL. Finally, this work is expected to provide effective analytical technique for in vitro diagnostic and will be of great application prospect.

本项目拟探索新的合成方法，制备具有优良化学发光特性的化学发光试剂/催化剂双功能化的金属和碳纳米材料；对其表面性质、化学发光特性、异相催化特性及机理进行研究；针对体外诊断中的痕量分析物，研究具有高强度化学发光信号的分析探针和分析界面的可控组装及纳米界面上光、电化学性质的分子调控机制，设计新型的组装策略，发展基于标记技术和无标记技术的化学发光分析新方法，实现多种物质的高灵敏度、高选择性、快速、低成本检测，为体外诊断提供新的有效的技术手段。此项工作创新性提出了化学发光试剂/催化剂双功能化纳米材料的研究思路和方法，探索固载于纳米表面的催化剂对液相化学发光反应的异相催化特性和双功能化纳米材料的化学发光特性，将进一步丰富人们对纳米材料特殊的物理化学性质的认识，对于纳米科学、催化科学和化学发光的基础理论研究具有重要的意义。基于双功能化的纳米材料发展的化学发光分析新方法，在体外诊断中具有重要的应用潜力。

近年来，在纳米材料上富集多个化学发光信号分子，即发展化学发光功能化的纳米材料，并将其作为分析探针和纳米界面，是化学发光分析新的发展趋势。然而，现有的化学发光功能化纳米材料的发光效率不能满足高灵敏度分析的需求。本项目提出将催化剂和化学发光试剂同时固载在纳米材料表面，获得高效的化学发光功能化纳米材料。本项目利用化学发光试剂鲁米诺及其衍生物、光泽精、吖啶酯，选择与化学发光反应相匹配的催化剂如钴离子、辣根过氧化物酶、CoFe2O4、纳米银簇，发展了多种合成方法，制备了一系列新型化学发光试剂/催化剂双功能化纳米材料，如化学发光试剂/催化剂双功能化纳米金、N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺（ABEI）/Co2+功能化磁珠和水凝胶、ABEI/辣根过氧化物酶双功能化氧化石墨烯、光泽精/色氨酸合钴配合物功能化石墨烯、ABEI/纳米CoFe2O4/石墨烯、双催化中心的化学发光银纳米团簇等，研究了其大小、形貌、表面状态、化学发光特性、异相催化特性及其稳定性。这些材料显示了优良的化学发光特性和稳定性，且固载于纳米表面的催化剂其催化效果明显优于均相化学/电化学发光催化。提出双功能化纳米材料优异的化学发光特性是由于催化剂和纳米材料可有效促进化学发光反应多种中间自由基的形成、且纳米表面有利于催化反应和化学发光反应涉及的电子转移反应。基于化学发光试剂/催化剂双功能化纳米材料，针对多种疾病标志物如脑钠肽、和肽素、心型脂肪酸结合蛋白、人免疫球蛋白G、过氧化氢等，提出了新型组装策略，发展了多种灵敏、特异、简单、快速、成本低的化学发光新方法。此项工作发现固载于纳米表面的催化剂对液相化学发光反应具有独特的异相催化特性，开拓了纳米异相催化化学发光这一新的研究领域。发展新的分析方法，在体外诊断中具有重要的应用前景。与此同时，本项目还创新性提出了电位分辨的多色电化学发光纳米发光体新概念，开拓了多色电化学发光纳米发光体的新方向，为提高分析灵敏度和精确度提供新的思路。