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光电化学生物传感是将光电化学过程与生物分子特异性识别反应相结合而发展起来的一种新的传感技术,它具有装置简单、价格低廉、易于微型化、背景信号低、灵敏度高等优点。最近十几年来,光电化学生物传感得到了快速发展,各种类型的传感模式相继出现,多种目标分析物如生物标记物、DNA序列、细胞及其他生物分子被成功地检测。尽管光电化学方法已在生物传感领域展现了突出的优点,但相较于传统的光学、光化学以及电化学方法来说,光电化学生物传感的发展仍然还不构成熟与完善。光电活性材料和生物识别探针是构建光电化学传感器的两大核心要素。然而,目前所构建的光电化学系统的光电转换效率并不是很理想,同时,检测信号的产生模式也比较稀少。因此,提高传感系统光电转换效率、开发新的信号产生模式对光电化学生物传感的进一步发展是非常必要的。本论文主要应用半导体纳米材料尤其是量子点作为光电活性材料,通过对其进行改性、组合,显著提高了光电化学系统的光电转换效率。在此基础上,设计了多种新颖的信号放大元件,采用标记性策略构建了高灵敏的光电化学免疫传感、DNA传感以及适配体传感。主要内容如下:1.基于TiO2/CdS/CdSe共敏化结构的竞争型光电化学免疫传感对人白介素-6的高灵敏检测将TiO2悬浮液滴涂在ITO电极上,高温烧结后形成一层致密的膜。通过对Cd2+和S2-的连续吸附与反应技术,将CdS组装到TiO2膜层表面,形成TiO2/CdS复合物,并作为传感电极的光电化学基底用于固定白介素-6（IL-6）抗体。对IL-6抗原的检测采用竞争法,即利用IL-6抗原与IL-6-CdSe连接体的体积差异实现与电极表面固定的IL-6抗体的竞争性结合。在检测IL-6抗原时,通过IL-6-CdSe连接体引入CdSe后,形成TiO2/CdS/CdSe共敏化结构,使传感电极吸光范围显著扩增;三种光电材料的价带及导带形成了叠层结构,使电子-空穴对能够超快传递及有效分离;CdSe的引入抑制了 CdS导带上的激发电子与溶液中的AA+复合,从而使光电流响应显著增加。实验结果表明,所构建的竞争型光电化学免疫传感器表现出了对IL-6抗原的高灵敏检测,同时具有良好的特异性、重复性及稳定性。2.基于CdS:Mn/CdTe共敏化TiO2纳米管及SiO2@Ab2信号放大的光电化学免疫传感对金属基质蛋白酶-2的超灵敏检测利用阳极氧化法制备了 TiO2纳米管（TiO2-NTs）。通过连续离子层吸附与反应技术在TiO2-NTs上沉积CdS:Mn纳米晶,然后利用层层组装的方法将CdTe量子点（QDs）修饰于TiO2-NTs/CdS:Mn电极表面,形成TiO2-NTs/CdS:Mn/CdTe共敏化结构,并作为传感电极的光电化学基底用于固定金属基质蛋白酶-2（MMP-2）捕获抗体（Ab1）。将MMP-2信号抗体（Ab2）修饰于SiO2纳米颗粒表面,形成SiO2@Ab2连接物,并用作信号放大元件。由于TiO2-NTs/CdS:Mn/CdTe共敏化结构优越的光电化学性能和Si02@Ab2连接物显著的信号放大作用,所构建的三明治型光电化学免疫传感器显示了对MMP-2的超灵敏检测,同时具有良好的特异性、重复性及稳定性。本工作构建的光电化学平台适用于各种类型的高灵敏光电化学免疫分析法,尤其针对于疾病相关的生物标记物的微量或痕量测定。3.基于两种不同尺寸CdTe量子点共敏化TiO2/CdS:Mn复合物构建的超灵敏光电化学DNA传感平台采用连续离子层吸附与反应技术将CdS:Mn纳米晶沉积于TiO2纳米颗粒表面,形成TiO2/CdS:Mn复合物,并作为传感电极的光电化学基底用来固定发卡DNA探针。大尺寸的CdTe-COOH量子点和小尺寸的CdTe-NH2量子点作为信号放大元件先后标记到发卡DNA探针末端。当目标DNA未被检测时,探针DNA处于发卡结构状态,多标记的不同尺寸的CdTe-COOH量子点和CdTe-NH2量子点靠近TiO2/CdS:Mn电极表面,由于TiO2/CdS:Mn/CdTe-COOH/CdTe-NH2共敏化结构的形成,光电流强度显著提升。当目标DNA被检测时,发卡DNA探针与目标DNA链杂交形成棒状的DNA双螺旋结构,使多标记CdTe量子点远离TiO2/CdS:Mn电极表面,共敏化结构消失,光电流显著减小。基于此,实现了对目标DNA的超灵敏、特异性检测。本工作设计的共敏化信号放大策略为各种超低含量DNA的检测提供了一种新颖且具有应用前景的平台。4.基于CdSeTe合金量子点和SiO2@Au纳米复合物之间激子能量转移的增强型光电化学适配体传感利用阳极氧化法制备了 TiO2纳米管（TiO2-NTs）并对其进行掺氮处理,形成N掺杂TiO2纳米管（TiO2:N-NTs）电极。采用层层组装的方法将作为能量转移供体的CdSeTe合金量子点修饰于TiO2:N-NTs上,形成TiO2:N-NTs/CdSeTe复合电极,并作为光电化学基底用于固定NH2-DNA。SiO2@Au纳米复合物作为能量转移受体标记于SH-DNA末端,通过NH2-DNA以及SH-DNA与凝血酶适配体的三明治杂交反应连接到电极上。当凝血酶未被检测时,CdSeTe合金量子点与SiO2@Au纳米复合物之间产生高效的激子能量转移,光电流响应显著降低。当凝血酶存在时,凝血酶与其适配体特异性结合后,使SiO2@Au/SH-DNA从电极表面释放出来,导致CdSeTe合金量子点与SiO2@Au纳米复合物之间高效的激子能量转移消失,光电流响应明显回升。基于此,实现了对凝血酶的高灵敏、特异性检测。由于不同的适配体可以识别不同的生物分子,本工作所构建的光电化学适配体传感平台也可以广泛地应用于其他各类生物分析中。5.基于CdS:Mn@Ru（bpy）2（dcbpy）纳米复合物的敏化作用构建的光电化学适配体传感器对三磷酸腺苷的高灵敏检测将Au纳米颗粒沉积到TiO2膜层表面形成TiO2/Au复合结构,并作为光电化学基底用来固定ATP适配体探针。CdS:Mn-NH2纳米晶与Ru（bpy）2（dcbpy）2+染料分子通过共价偶联,形成CdS:Mn@Ru（bpy）2（dcbpy）光电活性纳米复合物,并被用作信号放大元件标记于ATP适配体探针末端。ATP的检测是基于ATP适配体探针与ATP分子特异性结合后产生构象变化而引起光电流的变化。在ATP分子未被检测时,ATP适配体探针与其部分互补链杂交形成棒状的双螺旋结构,使标记的CdS:Mn@Ru（bpy）2（dcbpy）纳米复合物远离TiO2/Au电极表面,敏化效应很大程度上被抑制。当ATP分子被检测时,ATP适配体探针与ATP分子特异性结合形成G-四联体结构,使原本远离TiO2/Au电极表面的CdS:Mn@Ru（bpy）2（dcbpy）纳米复合物非常靠近电极表面,敏化效应被充分激发,光电流响应显著提升。实验结果表明,所构建的光电化学适配体传感器实现了对ATP分子的高灵敏、特异性检测。