电致化学发光(ECL)技术结合了光谱分析技术和电化学分析技术的优点,且其所需仪器简单、灵敏度高、背景信号低和动态浓度响应范围宽,现已成为一种应用广泛的具有高灵敏度和高选择性的检测方法。当前,常见的ECL试剂主要集中在金属络合物、鲁米诺、量子点和金属纳米团簇等。然而,这些ECL试剂存在诸如成本高、制备过程复杂、结构不易修饰和固载困难等缺陷。苝(perylene)类化合物具有大的π-π共轭体系,使其拥有良好的热/光化学稳定性、优异的光电性质和高的荧光量子产率等性质。此外,苝类化合物易于化学修饰,进而可引入多种功能基团,使其拥有独特的理化性质。因此,苝类化合物在ECL领域极具应用潜力。本论文主要研究功能化苝类化合物的ECL性能及响应机理,并进一步结合纳米材料放大和DNA放大等技术,构建了多种ECL生物传感器用于重金属离子的检测。本论文的研究工作主要分为以下几部分:1.基于电致化学发光共振能量转移体系构建的比率型铅离子传感器的研究通常,ECL分析是根据单一信号强度来确定分析物的浓度。然而,在实际应用中,单一信号易受到多种因素干扰,如光源的稳定性、底液的微环境(极性、温度和pH等)和仪器的敏感度等。比率分析法是根据两个不同波长下信号强度的比值变化来确定分析物的浓度,可降低假阳性或假阴性的误差,从而提高分析准确度。本研究基于氧气/过硫酸根体系(O2/S2O82-)体系到氨基化苝衍生物/过硫酸根体系(PTC-NH2/S2O82-)的电致化学发光共振能量转移(ECL-RET),构建了一个比率型适配体传感器用于重金属铅离子(Pb2+)的检测。其中,目标Pb2+诱导G-四分体结构的产生来控制PTC-NH2的量,进而引起位于-0.7 V的PTC-NH2/S2O82-和位于-2.0 V的O2/S2O82-的ECL强度比值的变化。通过测量两个激发电位下ECL强度的比值,所构建的比率适配体传感器对Pb2+检测的线性范围为1.0×10-12 mol/L~1.0×10-7 mol/L,检测限为3.5×10-13 mol/L。2.基于超分子纳米棒为电致化学发光材料构建的“on-off-on”型铜离子传感器的研究由于传统的ECL材料(如金属配合物,鲁米诺,量子点和金属纳米团簇等),具有成本高、制备过程复杂、结构不易修饰和固载困难等特点。因而,迫切需要探寻新的ECL材料来克服上述缺陷。近年来,3,4,9,10-苝四甲酸(PTCA)凭借其独特的优势(如较高的荧光量子产率、低的成本、优异的电子传输特性和结构易于修饰等)成为了ECL领域内一种极具应用潜力的ECL材料。本研究中利用PTCA和苯胺(An)的超分子作用力制备了新型的超分子纳米棒(PTCA-An),其不仅具有较大的比表面积,优异的导电性和良好的成膜性,而且可在共反应促进剂(An)放大作用下作为一种新型的ECL材料,提供了一个强且稳定的ECL信号。本研究基于氨基化二茂铁对激发态PTCA(1PTCA*)的高猝灭效应,构建了一个“on-off-on”型传感器用于重金属铜离子(Cu2+)的检测。当目标Cu2+出现时,高猝灭ECL探针(Fc-NH2/Cu-Sub/nano-Au)与固载的Cu-酶链(Cu-Enz)杂交形成的Cu2+-特异性DNA脱氧核酶被不可逆地剪切,导致猝灭剂探针从传感界面释放。因此,基于该传感器与Cu2+反应前后的ECL强度变化,其对目标Cu2+检测的线性范围为1.0×10-12 mol/L~1.0×10-7 mol/L,检测限为3.4×10-13 mol/L。3.基于多功能化铁钴磁性纳米颗粒构建的电致化学发光铜离子纳米传感器的研究通常,ECL分析法是通过异相分析模式来确定分析物的浓度。然而,在实际应用中,该分析模式伴随着一些固有的缺点:(1)有限的反应区域和本身存在的位阻,导致识别探针具有相对较慢的结合动力学和较低的识别效率,进而影响分析的灵敏度和选择性;(2)电极界面的污染可能会导致相对较低的重现性。然而,以磁性纳米载体构建的准均相反应体系,不仅可以凭借其较大的比表面积,在水相和固相之间作为一个“桥梁”来扩大反应面积和改善空间位阻,而且可以凭借其优异的磁性能,允许反应产物从复杂样品溶液中快速、方便地分离出来。本研究结合共反应促进剂和HCR双重放大策略,构建了一个多功能化铁钴(CoFe2O4)磁性纳米传感器用于重金属铜离子(Cu2+)的ECL分析。其中,CoFe2O4磁性纳米颗粒作为PTC-NH2/S2O82-体系一种新型共反应促进剂,可显著增强PTC-NH2的ECL效率。实验结果表明,该磁性纳米传感器对Cu2+检测的线性范围为1.0×10-13mol/L~1.0×10-7 mol/L,检测限为3.4×10-14 mol/L。