電化學(xué)發(fā)光傳感器的應(yīng)用研究

努爾古再麗·艾則孜

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.30.118

摘 要：電化學(xué)發(fā)光技術(shù)作為電化學(xué)與化學(xué)發(fā)光這兩個(gè)過程相結(jié)合的產(chǎn)物，它具有靈敏度高、可控性強(qiáng)、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，得以廣泛用于各分析領(lǐng)域中。量子點(diǎn)與傳統(tǒng)電化學(xué)發(fā)光物質(zhì)比較，其因具有獨(dú)特的電化學(xué)、光學(xué)等發(fā)光特點(diǎn)受到多數(shù)學(xué)者的關(guān)注，也成為電化學(xué)發(fā)光領(lǐng)域研究的新課題。本文以量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光傳感器為研究視角，深入分析其在免疫檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用，以期為類似研究提供一定借鑒和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)發(fā)光 量子點(diǎn) 傳感器 工作原理 免疫檢測

中圖分類號(hào)：O646 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）10（c）-0118-02

電化學(xué)發(fā)光（Elect rogenerated chemilumines2cence，ECL）兼?zhèn)浠瘜W(xué)發(fā)光與電化學(xué)分析的部分特點(diǎn)，它不僅可以克服化學(xué)分析中化學(xué)發(fā)光劑不容易保存或在某種狀態(tài)下不穩(wěn)定的缺陷，也能有效解決發(fā)光試劑無法重復(fù)利用等問題，具有良好的應(yīng)用前景[1]。量子點(diǎn)（QD）屬于準(zhǔn)零級(jí)的納米材料，主要由部分原子組成。研究者發(fā)現(xiàn)，QD擁有獨(dú)特的物理及化學(xué)性質(zhì)，在化學(xué)傳感、磁學(xué)等方面有廣闊的應(yīng)用前景，并會(huì)隨著粒子尺寸改變其顏色、發(fā)光特性發(fā)生變化，這些特性及研究成果能為電化學(xué)發(fā)光生物傳感器提供新的思路[2]。下文針對(duì)量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光傳感器原理及應(yīng)用做一分析。

1 量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光傳感器工作原理

電化學(xué)發(fā)光就是對(duì)包含電化學(xué)發(fā)光物質(zhì)的某個(gè)化學(xué)體系施加適量的電壓，促使其產(chǎn)生具備電化學(xué)活性的物質(zhì)，通過一系列的反應(yīng)，使得這個(gè)發(fā)光物質(zhì)由基態(tài)遷移至激發(fā)態(tài)，在返回穩(wěn)定基態(tài)環(huán)節(jié)伴隨著發(fā)光現(xiàn)象的產(chǎn)生。量子點(diǎn)也稱作納米晶，它一般是由II-VI或III-V族元素組成納米顆粒，其尺寸接近或者小于激子波爾半徑，從而展現(xiàn)明顯的量子效應(yīng)[3]。隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光效應(yīng)方面的研究不斷增多。部分半導(dǎo)體納米粒子也證實(shí)其具備良好的電化學(xué)發(fā)光效應(yīng)，例如：CdSe、CdSe/ZnSe等。量子點(diǎn)之所以能夠產(chǎn)生電化學(xué)發(fā)光，其工作原理如下：在設(shè)定的電勢下，量子點(diǎn)通過氧化或還原反應(yīng)，氧化態(tài)或者還原態(tài)量子點(diǎn)可以與溶液內(nèi)具有氧化或還原性的物質(zhì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，以此生產(chǎn)激發(fā)態(tài)量子點(diǎn)，其能躍遷至基態(tài)時(shí)發(fā)光[4]。如：以體系為研究對(duì)象，其反應(yīng)機(jī)理為：

2 量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光器的應(yīng)用

2.1 在免疫檢測方面的應(yīng)用

將靈敏度較高的量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光技術(shù)與特異性免疫反應(yīng)進(jìn)行結(jié)合，研究各類極易QD電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器，與傳統(tǒng)面積分析技術(shù)比較小，它具有反應(yīng)迅速、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，為免疫檢測打開新的思路。有學(xué)者依據(jù)CdSENC/納米管—?dú)ぞ厶?硫酸銨，研發(fā)出新型電化學(xué)發(fā)光免疫檢測方法，用于檢測人體免疫球蛋白水平[5]。因該體系會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)性胺基，所以，它能夠當(dāng)作有效的交聯(lián)劑連接生物大分子，研究結(jié)果表明，如果加入K2S2O8當(dāng)作共反應(yīng)物，它能有效增強(qiáng)電化學(xué)發(fā)光信號(hào)。ASP催化CdSe、QDs、K2S2O8反應(yīng)機(jī)制為：

這種檢測結(jié)果與酶聯(lián)免疫分析檢測獲取的結(jié)果存在較大的相關(guān)。隨后，這些人把CdSe NC/Au納米顆粒/前清蛋白抗體相結(jié)合，提出無標(biāo)記的電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器，用于對(duì)人前清蛋白進(jìn)行檢測，這種傳感器利用免疫復(fù)合物有效抑制CdSe NC及S2O82-反應(yīng)。有學(xué)者先在金電極上對(duì)DNA探針實(shí)施固定，隨之與溶解酶結(jié)合，在電極上組成適配子-溶菌酶生物親和性復(fù)合物，并利用5-生物素修飾補(bǔ)鏈DNA與探針DNA在電極上完成固定，發(fā)現(xiàn)電化學(xué)發(fā)光信號(hào)與電極上QD量為正相關(guān)關(guān)系，與溶菌酶濃度屬于反相關(guān)關(guān)系，準(zhǔn)確判斷溶解酶濃度[6]。有學(xué)者借助酶信號(hào)放大效應(yīng)制備出具有高敏度的免疫傳感器，這些研究者先在玻碳電極上對(duì)QD、HIgG進(jìn)行固定處理，將以辣根過氧化物酶為標(biāo)記的anti-與出現(xiàn)特異性免疫相結(jié)合，引入辣根過氧化物酶能有效消除溶解氧內(nèi)產(chǎn)生H2O2[7]。而H2O2作為量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光的共反應(yīng)物，可以有效降低發(fā)光強(qiáng)度。不得不說，把量子點(diǎn)用在電化學(xué)發(fā)光免疫檢測方面的研究已經(jīng)獲取一定進(jìn)展，但因量子點(diǎn)發(fā)光強(qiáng)度比常規(guī)化學(xué)試劑或生物發(fā)光物質(zhì)，這種情況會(huì)在一定程度上制約其應(yīng)用范圍。因此，增強(qiáng)量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度方面的研究應(yīng)受到國內(nèi)外學(xué)者的重視和關(guān)注，這也是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。

2.2 其他檢測方面的應(yīng)用

檢測血液葡萄糖對(duì)臨床診斷、治療糖尿病發(fā)揮著重要的作用。如今，用于葡萄糖檢測的方式較多，依托QD電化學(xué)發(fā)光與QD優(yōu)良特性結(jié)合起來，在葡萄糖檢測方面具有良好的應(yīng)用價(jià)值和前景。有學(xué)者把CdSe NC采用巰基乙酸進(jìn)行保護(hù)，以此實(shí)施電化學(xué)發(fā)光檢測硫醇[8]。隨之，他們又倡導(dǎo)把電化學(xué)發(fā)光與酶促進(jìn)反應(yīng)相結(jié)合，先把受到甲狀腺球蛋白抗體保護(hù)的CdSe QD與葡萄糖氧化酶固定化起來，并加入葡萄糖，由于葡萄糖能把葡萄糖氧化酶——CdSe QD電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度明顯減弱，以此判定葡萄糖量。

多巴胺、亞硝酸鹽等物質(zhì)對(duì)QD電化學(xué)發(fā)光發(fā)揮湮滅的作用，基于這種情況，新生化方法隨之建立。有學(xué)者運(yùn)用亞硝酸鹽對(duì)于CdSe QD在陽極下電化學(xué)發(fā)光的湮滅作用，研發(fā)出新型檢測亞硝酸鹽的方式。與其他方法比較，這種方法具備高敏感度、線性范圍寬等特點(diǎn)，在實(shí)際檢測和分析中具有廣闊的應(yīng)用前景。此外，量子點(diǎn)、納米顆粒的光學(xué)、電化學(xué)發(fā)光等方面的研究，提示這種體系可用于多個(gè)分析物或參數(shù)同時(shí)檢測的可能性。

3 結(jié)語

綜上所述，量子點(diǎn)作為具備電化學(xué)發(fā)光特性的納米粒子，已經(jīng)在細(xì)菌檢測、免疫分析等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光傳感器工作原理，進(jìn)一步闡述其在免疫檢測、葡萄糖檢測等方面的應(yīng)用，以期為豐富研發(fā)新型電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器研究內(nèi)容提供一定指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 武靜，魯理平，康天放，等.硫化鎘量子點(diǎn)-納米金復(fù)合顆粒電化學(xué)發(fā)光傳感器研究DNA的損傷[J].分析測試學(xué)報(bào)，2014，33（4）：367-372.

[2] Jacqueline T.Low-temperature synthesis of CdSe nanocrystal quantum dotswz[J].Chem. Commun，2011（47）：364-366.

[3] 趙鵬.量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光及近紅外量子點(diǎn)在生物傳感中的應(yīng)用[D].湖南大學(xué)，2015.

[4] 許世超，王才富，張雪平，等.量子點(diǎn)-DNA電化學(xué)發(fā)光傳感器的制備與表征[J].壓電與聲光，2017，39（2）：184-189.

[5] Hu Peng.A simple arid sensitive fluorescent sensing platform for Hg2+ ions assay based on G-quenching[J].Talanta，2011，85（1）：713-717.

[6] 魏小平，楊峰，丁璠，等.基于“G-4聯(lián)體”適配子探針的電化學(xué)發(fā)光傳感器檢測Pb2+[J].分析化學(xué)，2014，15（7）：942-947.

[7] Huang Hai-ping，Tan Yang-Ian.DNA aptasensor for the detection of ATP based on

quantum dots Electrochemiluminescence[J]. Nanoscale，2010，2（4）：606-612.

[8] 魯理平，許來慧，康天放，等.量子點(diǎn)CdS電化學(xué)發(fā)光傳感器對(duì)DNA損傷研究[J].分析化學(xué)，2013，41（6）：805-810.endprint