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光电化学生物传感作为一门正处于蓬勃发展中的分析技术,不仅具备分析速度快、设备小巧等优势,同时还具有较低的背景信号和较高的灵敏度,因此在临床诊断、环境监测以及食品安全等领域都具有十分广阔的应用前景。本论文围绕光电纳米复合材料的制备与生物传感应用,开展了以下几方面的研究工作:一、设计合成了一种银纳米簇-石墨烯纳米复合物(AgNCs-GR)作为免疫分析中的二抗(Ab2)标记物,同时选用Mn2+掺杂硫化镉修饰的二氧化钛(CdS:Mn/TiO2)作为光电极基底,发展了一种信号增强型的光电化学免疫分析方法。AgNCs可与CdS:Mn/TiO2形成阶梯状能级,在光激发下向CdS:Mn/TiO2高效传递光电子,提高所得复合结构的光电转换效率;而具有良好导电能力的GR可促进AgNCs的电子转移,并降低CdS:Mn/TiO2中由纳米结构表面缺陷捕获所造成的电荷损失,将进一步提高光电极的光电转换效率。因此,当AgNCs-GR作为Ab2信标通过免疫夹心反应组装于电极表面后,可显著增强光电极的光电流,且光电流的提高与癌胚抗原(CEA)浓度的对数值之间呈现良好的线性关系。以此为基础发展的信号增强型的光电化学免疫传感方法具有优异的分析性能。在最优条件下,其线性范围为1.0pg/mL～100ng/mL,最低检测限为1.0pg/mL。二、制备了一种石墨烯纳米盘和葡萄糖氧化酶的纳米复合物(GRD-GOD)作为免疫反应的纳米信标材料,同时以CdS:Mn/TiO2为电极基底,发展了一种可对信号进行双重放大的光电免疫分析方法。该纳米信标物通过免疫反应组装于光电极表面后,一方面通过GRD促进CdS:Mn/TiO2电极的光电子传递,初步提高光电转换效率;另一方面通过GOD催化产生大量的电子供体H2O2,有效再生CdS:Mn/TiO2上的光生空穴,进一步提高光电转换效率,从而实现信号的双重放大。以此为基础,结合竞争免疫反应,发展的光电化学分析方法具有优异的分析性能。在最优条件下,该方法的线性范围为10fg/mL～1.0ng/mL,最低检测限为5.65 fg/mL。该光电分析方法还具有良好的重现性和在血清等复杂体系中的应用潜力,分析性能明显优于以GR为基础发展的光电化学免疫分析方法。三、以电沉积法制备的p型Cu2O纳米膜作为光电极基底,SiO2纳米颗粒作为Ab2标记材料,发展了一种高灵敏的阴极光电化学免疫传感器。在可见光激发下,Cu2O/FTO基底具有优异的光电转换能力,经过夹心免疫反应将SiO2连接至传感界面后,由于SiO2导电性差且提供了较大的空间位阻,严重阻碍了检测体系中的O2向Cu2O光生电子的扩散,导致电子-空穴分离效率急剧下降,从而降低阴极光电流响应。在最优条件下,该免疫传感器对CEA检测的线性范围为0.1 pg/mL～10ng/mL,最低检测限为61 fg/mL,该光电化学分析方法在保证高灵敏度的同时具有电极制备简单、成本低廉的特点。四、制备了一种三苯胺染料(TCA)-TiO2纳米复合物作为光电极基底,同时结合乙酰胆碱酯酶(AChE)的水解反应和有机磷农药对AChE的抑制反应,发展了一种高灵敏的农药光电化学检测方法。该三苯胺染料独特的螺旋桨式立体构型既可以有效缓解染料分子在TiO2表面的堆叠聚集,减弱激发态染料因分子间相互作用而导致的光电子损失,又可以增强氧化态染料与TiO2导带电子之间的空间位阻,阻碍两者复合,从而显著提高TCA-TiO2纳米复合物的光电转换效率和对还原性产物硫代胆碱(TCh)的光催化能力。TCh是AChE的水解产物,其产量与AChE的活性密切相关;而有机磷农药会抑制AChE的活性,使TCh产量降低,光电流下降。由此,基于有机磷农药加入前后光电流的降低可实现对有机磷农药的高灵敏检测。在最优条件下,该光电化学分析法的线性范围为0.003～2000 ppb,最低检测限为0.0017 ppb,远优于已报道的大部分光电传感方法。