基于電化學發(fā)光成像技術的化學傳感器研究.pdf

1、隨著人們對食品安全、環(huán)境保護和臨床診斷等領域的日益關注，發(fā)展靈敏度高、通用性廣以及操作便捷的分析方法和分析裝置顯得尤為迫切，電化學發(fā)光(ECL)技術的迅猛發(fā)展為此提供了良好的契機。電化學發(fā)光是由電化學反應控制的化學發(fā)光，因此它既具備化學發(fā)光分析靈敏度高、線性范圍寬的優(yōu)勢，又具備電化學反應時空可控、操作簡便等特點。此外與高效液相色譜（HPLC）及毛細管電泳(CE)等分離技術的聯(lián)用，還能彌補電化學發(fā)光自身選擇性差的缺陷，進一步擴展了該方法的

2、研究和應用范圍。
　　電化學發(fā)光成像是近年來電化學發(fā)光領域快速崛起的一種新技術。有別于傳統(tǒng)的強度信號(通過光電二極管或倍增管(PMT)采集），電化學發(fā)光成像技術獲得的是電極表面發(fā)光的圖像信號，因此非常適用于高通量陣列分析、電極表面結構的快速表征以及多組分同時檢測。本論文以電化學發(fā)光成像為檢測手段，開展了生物傳感陣列分析，以及研究了電極表面有序二氧化硅納米孔道薄膜對發(fā)光的增強效應。論文共分為四章:
　　第一章簡要介紹了電化學發(fā)

3、光成像技術的發(fā)展及優(yōu)勢;主要闡述了Ru(bpy)32+/TPrA和魯米諾/過氧化氫電化學發(fā)光體系的反應機理;總結了電化學發(fā)光成像技術在電極表面活性表征、新發(fā)光體系研究以及分析化學等領域的應用。
　　第二章構建了一種可用于葡萄糖、膽堿和乳酸檢測的電化學發(fā)光生物傳感陣列芯片。該陣列傳感器由一片刻有“輪子”型圖案的氧化銦錫(ITO)導電玻璃基底和六塊聚二甲基硅氧烷(PDMS)蓋片構成，并且芯片的工作電極表面修飾有氧化酶/碳納米管/殼聚糖

4、復合物膜。測定前，將含魯米諾的不同濃度待測樣品依次滴入六個微液池內。在施加合適的驅動電壓后，魯米諾與酶促生成的過氧化氫的電化學發(fā)光反應就會被觸發(fā)。產生的發(fā)光信號由陣列傳感芯片上方的電荷耦合裝置(CCD)捕獲。實驗結果表明，在一定范圍內，葡萄糖、膽堿和乳酸三種底物的濃度與對應光強之間均有較好的線性關系，所得最低檢出限依次為0.014 mM，0.097 mM以及0.040 mM。另外，通過將三種氧化酶固定在ITO玻璃基底的不同工作電極上，該

5、陣列傳感芯片還可實現(xiàn)混合樣品中多組分的同時測定。所設計的生物傳感陣列芯片具有工作電壓低、分析速度快、樣品用量少等優(yōu)勢。
　　第三章研究了二氧化硅納米孔道修飾的ITO電極對Ru(bpy)32+/TPrA體系的電化學發(fā)光增強效應。采用St(o)ber溶液生長法制備的二氧化硅納米孔道陣列高度有序，且孔道垂直于ITO基底表面。由于尺寸效應（孔徑為2-3 nm）和電荷效應（當pH＞4時，孔道壁帶負電荷），二氧化硅納米孔道能顯著地加快Ru(b

6、py)32+的傳質過程，從而實現(xiàn)發(fā)光信號的大幅增強。例如以TPrA為共反應劑時，相比于空白ITO電極，修飾有二氧化硅納米孔道的ITO電極可使電化學發(fā)光強度提高107倍。基于該信號放大效應，少量Ru(bpy)32+（9μM）即可實現(xiàn)胺基類共反應劑的靈敏檢測。此外，結合PMT和CCD檢測裝置分別進行發(fā)光現(xiàn)象強度和圖像兩種方式的采集。實驗結果表明，發(fā)光信號（強度值或者是圖像灰度值）與每種共反應劑在特定濃度范圍內有著良好的線性關系，所得檢測限均