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论文首先综述了电化学发光(ECL)、化学发光(CL)纳米发光体、电位分辨的多色电化学发光及其在生物分析中的应用的研究现状。指出ECL作为一种灵敏的检测技术,已经被广泛应用于生物分析领域。然而,不需要共反应试剂的ECL很少被报道。另外,大多数己报道的ECL体系都只涉及到单一的ECL过程(固定的发光电位或者波长)。这些都大大制约了其在生物分析方面的应用。近年来,化学发光纳米发光体由于具有良好的催化活性、生物兼容性、稳定性以及CL/ECL活性,被广泛用作纳米发光探针或者纳米分析界面,发展高灵敏度、高选择性的生物分析新方法。本论文研究了鲁米诺类似物和金属离子配合物双功能化纳米金发光体的ECL性质,发现其在中性和弱碱性条件下不需要共反应试剂即可得到优异的ECL。另外,合成了两种新型的CL纳米发光体,研究了其CL以及电位分辨的多色ECL性质,探讨了相关发光机理,并探索了其在生物分析方面的应用。主要研究内容如下:1、研究了鲁米诺类似物/金属离子络合物双功能化的纳米金发光体的ECL性质,发现其在中性和碱性条件下无需共反应试剂可产生优异的ECL发射。以N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺(ABEI)和二亚乙基三胺五乙酸二酐(DTDTPA)与钴离子的螯合物双功能化的纳米金(Co2+/DTDTPA/ABEI-GNPs)为代表进行了详细的研究,发现其在中性和碱性条件下的ECL强度比ABEI单功能化纳米金均提高了 2个数量级。提出了相关的ECL机理。考察了化学发光试剂的影响,发现鲁米诺、异鲁米诺和ABEI作为发光试剂所合成的双功能化纳米金发光体都具有优异的ECL性质,其中用ABEI所合成的双功能化纳米金发光体的ECL活性最好。也研究了金属离子的影响,发现利用十四种过渡金属和稀土元素金属离子作为金属离子催化剂所合成双功能化纳米金发光体大部分都具有良好的ECL性质,其中Co2+/DTDTPA/ABEI-GNPs具有最强的ECL发射。此外,双功能化纳米金发光体在双阶脉冲电压激发下也能产生强且稳定的脉冲式ECL信号,说明该材料在分析方面具有应用前景。此项工作表明Co2+/DTDTPA/ABEI-GNPs纳米金发光体在中性和碱性条件下无共反应试剂时具有优异的ECL性质,对在生理条件下的生物活性物质的检测具有重要的应用潜力。2、通过将ABEI和5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)同时修饰到纳米TiO2表面,合成了一种在水溶液中具有电位分辨多色ECL性质的纳米发光体TiO2-TCPP-ABEI。以H202和K2S208同时作为共反应试剂时,发现其在水溶液中通过一次电位扫描即可得到三个电位分辨的多色ECL发射。分别在1.05 V、-1.65 V和-1.85 V的峰电位观察到位于458 nm的ECL-1、位于686 nm的ECL-2和位于529nm的ECL-3。进一步研究表明ECL-1、ECL-2和ECL-3分别对应于TiO2-TCPP-ABEI纳米发光体中的ABEI、TCPP和TiO2的ECL发射,并提出了相应的ECL机理。ECL-1是由电氧化产生的ABEI·-与由电氧化或者化学转化OOH-和溶解氧产生的O2·-发生反应而形成;ECL-2主要是由于电还原产生的TCPP-与电还原或化学转化S2O82-产生的SO4·-发生反应而形成;ECL-3是由SO4·-向TiO2的价带中注入空穴,随后与导带中的电子发生复合进而产生的光发射。此外,研究发现该体系中的ABEI和TCPP部分之间存在ECL共振能量转移现象,为合成多种波长或者颜色的ECL纳米发光体提供了新的思路。TiO2-TCPP-ABEI纳米发光体在水溶液中的电位分辨的多色ECL开启了多色ECL纳米发光体的新方向,对于ECL领域的基础研究具有重大意义。同时,也提供了高效的ECL纳米材料,在多种生物标记物的多元分析中具有重要的应用潜力。3、研究了 TiO2-TCPP-ABEI纳米发光体的CL特性。由于催化剂TCPP和发光分子ABEI的同时存在,该纳米发光体表现出优异的CL性质。实验发现,柠檬酸钠还原的纳米金(cit-AuNPs)对TiO2-TCPP-ABEI纳米发光体的CL有着明显的淬灭作用。基于此,我们利用TiO2-TCPP-ABEI作为纳米分析界面构建了一个CL免疫传感器用于检测急性心肌梗死标志物和肽素。首先,将TiO2-TCPP-ABEI纳米发光体与一抗(Abi)通过酰胺化反应进行连接形成TiO2-TCPP-ABEI-Abi,随后用牛血清白蛋白对未结合位点进行封闭;然后,TiO2-TCPP-ABEI-Ab1进一步通过抗原抗体之间的特异性反应与和肽素结合形成TiO2-TCPP-ABEI-Ab1-Ag;最后,将cit-AuNPs与二抗(Ab2)结合形成的复合材料(Ab2-cit-AuNPs)加入到上述体系中,形成双抗夹心的结构TiO2-TCPP-ABEI-Ab1-Ag-Ab2-cit-AuNPs,离心分离后注入含有 H2O2 的碱性溶液检测 CL 信号。利用得到的 CL 强度即可实现对目标物和肽素的检测,检测范围为5× 10-12～1 × 10-9g/mL,检测限为1.54×10-12g/mL。该免疫传感器表现出好的稳定性、重复性以及高的选择性,且受人血清的复杂基质的影响较小,在临床诊断方面具有重要的应用前景。同时,构建该化学发光免疫传感器的策略也可用于检测临床中其它疾病标志物的分析。4、通过将带有氨基的ABEI和带有羧基的碳量子点(CQDs)进行酰胺化反应合成了一种自增强的双色ECL纳米发光体(ABEI-CQDs)。该纳米发光体在K2S2O8作为共反应试剂时能得到三个完全电位分辨的ECL峰。分别为在电位区间-0.23到-0.8 V内,发光波长为450 nm的ECL-1;在电位区间-1.25到-2.3 V内,发光波长为620 nm的ECL-2;在电位区间0.85到1.5 V内,发光波长为450 nm的ECL-3。进一步研究了各种实验条件如pH、K2S2O8浓度以及不同气体氛围对于上述三个ECL峰的影响,并提出了相应的ECL机理。此外,实验发现在此ECL体系中CQDs不仅是ECL纳米发光体,也是ABEI的ECL反应的催化剂,可以促进其ECL反应过程中-CO4·2-、O2·-等自由基的产生。总而言之,本工作中ABEI-CQDs纳米发光体通过一次电位扫描即可得到三个完全电位分辨的ECL发射,在多种生物标记物的多元分析、生物成像以及光发射器件等领域具有重要的应用潜力。