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社会的发展日新月异,传感装置和检测模式的开发引发了人们极大的热情。对生物传感器的一般要求是:高的灵敏度、良好的选择性、长期的稳定性和快速响应。光电化学生物传感是近年来在生物分析化学和光电化学领域中发展起来的一项新兴技术。它具有仪器简单、价格低廉、小型化等诸多优点。同时光和光电流分别作为激发源和识别信号,有效降低光电化学传感器的背景噪声,使其具有比传统技术更高的灵敏度。这些显著的特点使得光电化学传感器有望实现对各种生物标志物快速、准确监测。该论文从传感策略和新型光电活性材料出发,构建了基于不同信号放大策略的光电化学传感器,并实现了对DNA的检测。研究内容如下:(1)构建基于CdTe量子点(QDs)与金纳米颗粒(AuNPs)之间的能量转移的阴极光电化学生物传感器。本研究以慢性粒细胞白血病(CML)BCR/ABL融合基因b3a2型为模型靶基因(tDNA)。其中,在ITO电极表面组装三维NiO纳米膜与CdTe量子点,形成CdTe/NiO复合物为光电阴极。作为信号标记的Au NPs结合在探针DNA(pDNA)末端,产生AuNPs-pDNA,固定在CdTe/NiO光电阴极上,用于检测tDNA。在无tDNA存在时,pDNA呈发夹状。在这种情况下,CdTe量子点和等离子体AuNPs之间形成了激子等离子体耦合,阴极光电流明显增强。而在tDNA存在时,pDNA与tDNA杂交,将pDNA发卡结构打开,使AuNPs远离CdTe/NiO光电阴极。此时激子等离子体偶合消失,同时CdTe QDs与等离子体AuNPs之间发生激子能量转移,使阴极光电流明显降低。此光电化学传感器具有较高的灵敏度,在1 fM-100 pM范围内,光电流信号随tDNA浓度对数的增加呈线性减小,检测限为0.28 fM。将这种优越的信号开关机制引入到阴极PEC生物传感中,实现了对tDNA的超敏特异性检测。(2)设计了一个基于银包金纳米颗粒和纳米孔道的信号放大光电化学生物传感器。在导电玻璃(ITO)上依次修饰上Fe:TiO2纳米片和ZnIn2S4量子点,制备了 ZnIn2S4/Fe:TiO2/ITO复合电极,复合材料使光电转换效率大大增加。在阳极氧化铝(AAO)纳米孔道模板上依次孵育cDNA、tDNA、AuNPs-pDNA,然后原位生长Ag纳米颗粒。Ag@AuNPs纳米粒子使AAO孔道造成堵塞,由于空间位阻效应,使电子传递受阻降低光电流,来灵敏检测tDNA。线性范围宽为1fM～10 nM,检测限为0.33 fM。这项工作巧妙的利用AAO纳米孔道结构以及纳米粒子来检测了 DNA。(3)通过构建基于AgInS2量子点敏化效应的增强型光电化学生物传感器检测癌胚抗原(CEA)。在ITO电极上修饰二氧化钛纳米颗粒(TiO2 NPs)和AuNPs,形成AuNPs/TiO2复合电极。然后将CEA的适配体链接到电极上,将修饰AgInS2量子点的cDNA与适配体杂交成功修饰到电极上。无CEA存在时,杂交以后AgInS2量子点距离AuNPs/TiO2/ITO较近,可以产生敏化效应,此时光电流增强;CEA存在时,适配体与CEA特异性识别,将AgInS2QD-cDNA从电极上被释放,远离Au NPs/TiO2/ITO敏化效应消失,光电流降低。传感器在1x10-12～1x10-8 g/mL浓度范围内对CEA的检测呈现良好的线性范围,检出限为0.34 pg/mL。