电致化学发光（ECL）分析技术已成为现代分析科学的前沿领域之一,其具有电化学分析的高可控性和发光分析的高灵敏度,特别适用于组分复杂和浓度极低的生物体系的分析。一直以来,提高分析灵敏度是ECL生物传感领域的研究主题,其推动了一系列的信号放大的新策略和技术的发展。然而,构建高灵敏的ECL生物传感器仍然面临以下两点挑战:（1）如何克服纳米发光体的ECL效率低于经典的ECL试剂（如联吡啶钌）的缺陷,探寻显著提高纳米发光体ECL效率的新途径。（2）如何提高识别元件的特异性和识别效率,为高选择和高灵敏地检测目标物提供新策略。基于此,本论文主要利用三元ECL新体系提高纳米发光体的ECL反应效率,并结合新型核酸放大或DNA纳米机器放大策略,构建多种ECL生物传感器来实现目标物的超灵敏检测,为ECL生物分析提供了新思路。本论文的研究工作主要分为以下几部分:1.基于银离子作为新型共反应促进剂显著增强PTCA/S₂O₈^2-体系的电致化学发光及其生物分析应用通常,有机苝类化合物可通过超分子作用力制备不同形态的纳米结构,如片状、球状、块状和线状等。然而,在过硫酸根(S₂O₈^2-)作为共反应试剂的条件下,苝类化合物的ECL效率是有限的。因此,迫切需要探寻新的途径来显著提高苝类化合物的ECL效率。本研究利用Ag（I）离子作为新型共反应促进剂,在低浓度S₂O₈^2-溶液中实现了3,4,9,10-苝四甲酸（PTCA）超分子纳米棒强且稳定的ECL发射。具体而言,Ag（I）离子可与S₂O₈^2-反应产生强氧化中间体(SO₄^·-)和Ag（II）离子。然后,伴随的Ag（II）离子与H₂O反应产生更多的活性中间体,这将进一步加速S₂O₈^2-的还原,从而产生更多的SO₄^·-。此外,通过电化学反应可以实现Ag（I）离子和Ag（II）离子的循环利用。因此,“雪崩式”反应被触发产生大量SO₄^·-,而SO₄^·-可与PTCA反应产生更多的激发态PTCA,进而获得极强的ECL信号。因此,基于PTCA/S₂O₈^2-/Ag（I）离子三元ECL新体系以及双重核酸放大策略,构建了用于灵敏检测汞离子的ECL生物传感器,其检测范围为1 fmol/L至100 pmol/L,检测限为0.33 fmol/L。这项研究首次利用金属离子作为共反应促进剂来增强纳米发光体的ECL反应效率,为ECL发光体在生物检测中的应用开辟了一条新的道路。2.基于二硫化锡量子点作为新型ECL发光体及其生物分析应用许多ECL量子点（QDs）,如CdTe、PbS和CsPbI₃,由于有毒金属离子的泄漏表现出不可避免的生物毒性,使其在生物传感领域的应用受到了一定的限制。因此,探寻新型生物相容性好的量子点作为ECL纳米发光体是一个具有挑战性、趣味性的课题。本研究利用L-半胱氨酸辅助的水热法（“自下而上”法）合成了水溶性和稳定性好的SnS₂ QDs。此外,本研究还设计了智能的环状肽-DNA纳米机器,其可在目标物出现的情况下启动后续的级联核酸循环扩增,输出大量的DNA作为替代目标物。因此,基于SnS₂ QDs为新型ECL发光体、三维的银纳米花（Ag NFs）为共反应促进剂,以及结合环状肽功能化的DNA纳米机器,构建了用于高灵敏检测巨细胞病毒抗体的ECL传感器,其检测范围为1 fmol/L至100 nmol/L,检测限为0.33 fmol/L。这项研究不仅首次利用SnS₂ QDs作为ECL发光体用于构建生物传感器,而且为核酸循环扩增技术在灵敏的免疫学检测方面开辟了一条有效途径。3.基于孔道限域效应增强的SnO₂纳米干凝胶/NO₃^-电化学发光新体系构建及其分析应用金属氧化物纳米晶（NC）是具有良好生物相容性和低毒性的新兴ECL纳米发光体,但其发光效率低严重制约这类发光体的实际应用。本研究提出利用独特的、高度限域的ECL反应环境提高ECL效率的新途径。首先,制备无毒、低成本的SnO₂ NCs并组装成三维多孔结构的SnO₂ NC干凝胶。该SnO₂ NC干凝胶在NO₃^-作为共反应试剂的条件下,表现出孔道限域ECL增强行为。基于SO₃^2-有效地猝灭SnO₂ NC干凝胶/NO₃^-体系的ECL信号,进一步构建了用于灵敏检测SO₃^2-的ECL传感器,其检测范围在1 pmol/L¹0 nmol/L,检测限为0.31 pmol/L。这研究提出了孔道限域效应增强ECL的新策略,为金属氧化物纳米晶的ECL信号放大提供了一条新途径。4.基于类邻位诱导的分裂式G-四链体作为新一代DNA纳米器件及其生物分析应用大多数动态DNA纳米器件都依赖于toehold介导链置换（TSD）反应,这使它们在稳定性和反应活性之间存在两难选择:高能垒可以最大程度地减少泄漏,提高稳定性;低能垒可以最大程度地促进催化,提高反应活性。鉴于此,本研究设计了一个由四个亚稳定的双Ω-DNA单元组成的分裂式G-四链体（GQ）纳米器件,其在异质界面上比传统的双链DNA纳米器件具有明显的优势。首先,通过类邻位效应将四个亚稳定的双Ω-DNA单元连接在一起,以形成稳定且刚性的分裂式GQ纳米器件,其可以最大程度地减少泄漏并改善分子识别。其次,这种分裂式GQ纳米器件可提供高浓度的组分,优异的靶分子可及性和中间的toehold结合区（使短的上下臂易于去杂化）,其可以实现快速的TSD反应。本研究基于类邻位诱导的分裂式GQ纳米器件作为新一代DNA纳米器件和SnO₂ NC干凝胶作为ECL纳米发光体,设计一种灵敏和特异性检测艾滋病病毒抗体的ECL生物传感器,其检测范围在1 fmol/L至10 nmol/L,检测极限为0.32 fmol/L。这项研究推动了动态DNA纳米器件的设计,其在传感分析,分子成像和药物运输方面具有潜在的应用前景。5.基质诱导的电化学发光增强金纳米簇双色ECL机理及其分析应用金属纳米簇（Au NCs）凭借其令人着迷的类分子的理化特性成为极具吸引力的ECL纳米发射体。然而,在ECL过程中Au NCs与微环境之间的关系鲜有研究报道。鉴于此,本研究制备了一种新的水凝胶限域的Au NCs,其在水相介质中创造了Φ_ECL的最高记录（达到94.8%）,这归因于电子-空穴复合效率的提高和非辐射弛豫的抑制（将其定义为基质诱导ECL增强）。得益于这些优势,本研究首次在共反应剂路径中都观察到了强的ECL发射,其ECL发射位于742 nm处（对应于表面态跃迁）。基于S^2-有效地猝灭Au NCs/三乙胺体系的ECL响应,构建了一个用于灵敏检测S^2-的传感平台,其检测范围为0.1 pmol/L至100 nmol/L,检测限为32 fmol/L。这项研究扩展了我们对纳米发光体与微环境之间关系的理解,并为开发在传感分析和光学成像领域的高性能ECL材料开辟了新的视角。