电致化学发光(简称ECL)是电化学反应控制的化学发光,因此内在电激发赋予ECL高灵敏度和时空可调制性,同时又具备宽广的线性范围和操作简捷等优势。利用上述优势,人们开发出超灵敏、适用性广和操作便捷的分析检测方法。这促使商业化的电致化学发光技术得以在环境监测、食品安全、生物医药分析领域迅速发展,并初具规模。电致化学发光技术的核心是发光材料,其中卟啉就是一类具有优良光电转换性能的有机电致发光体,已在电/光化学及能源化工领域得到广泛应用。无论是生物大分子如核酸、蛋白质,或者是各种纳米材料,都可以和卟啉通过多样化的途径进行组装,生成特定性能媲美天然结构的仿生复合物。本论文以卟啉基发光体合成为出发点,通过纳米组装实现对其发光的增敏,继而用于ECL分子、离子检测,研究内容主要包括以下两个方面:(1)仿生主客体包络结构的制备及增强锌卟啉电致化学发光用于H2O2含量分析该部分工作立足于卟啉辅基天然酶结构的解构以蛋白质亚基-卟啉辅基的构效关系为灵感,提取活性核心,并重构仿生拓扑结构,设计了“钳制”电光活性卟啉超分子单元。通过合成β-环糊精二聚体(PyOCD-OH),模拟天然酶的多肽外壳,该纳米组装体的制备简易,反应温和,产率较高;同时,人为引入3,5—二氯甲基吡啶作为双瓣域开合的“枢轴”以及背向依托的支点,一方面紧密连接对称的结构空腔,另一方面以轴向配位支撑稳定锌离子,形成类似组氨酸背向支撑卟啉的酶内辅基环境(简称ZnTSPP@PyOCD-OH),实现辅基的精确而稳固的容纳,规避卟啉分子单体的二聚或多聚情况的发生,因此有效解决了卟啉结构在水相中电致化学发光强度不稳定、易被亲电物种淬灭的问题,从而表现出高效且独特的ECL辐射。其特殊结构由吸收光谱和核磁共振谱清晰表征,杂环氮的轴向配位极大改善了卟啉共轭结构的分子电子特性,具体表现在电-光转换效率、转换稳定程度都得到了明显提高,达60%。进一步发现常见酶催化底物-过氧化氢对该主客体包络结构的ECL有显著地增强作用。通过相关ECL实验平台实现了 ZnTSPP@PyOCD-OH与H202的电子传导,揭示出所得增敏信号与共反应剂含量之间成正比的规律。以此作为检测原理,开发出了一个简易的过氧化物传感策略,对标准品的检测结果表明具有线性相关度高(R2=0.998)、动态范围广(10111～10-3M)、灵敏度高(6.3×10-12M),检测下限达到皮摩尔水平。总体反映了以仿生学为指导原则、借鉴生物化学中的分子或反应素材,来合理设计卟啉复合结构,是改善卟啉本征特性、拓宽其应用范围的一种有效的思路和可行的途径。(2)卟啉基超分子包络的电活性中心探寻及仿生结构的活力测定该部分研究重点为确认卟啉仿生包络的电活性中心,并测定该发光结构的活性。首先,用无金属的辅基 5,10,15,20-tetra(4-sulfonatopheyl)porphine(简称 TSPP)嵌入PyOCD-OH内腔,重构卟啉模拟物。发现当且仅当2Zn2+共存时,体系有ECL信号产生。这表明游离的锌离子被由环状TSPP和吡啶氮共同包围所特异性捕获并紧密螯合,该双重键合作用因而构成了所设计制备超分子的电活性中心,实现了 Zn2+缺失与存在情形下的ECL关/开现象。这一表观信号增益模式被进一步用作锌离子选择性电极的运作机理,并据此用作水溶液中活力检验的指标。不仅如此,利用Zn卟啉相比其他金属卟啉所独具的强阴极ECL性质,研制出了一种高特异性、高灵敏度、宽线性范围的ECL“离子选择性”生化分析法,力求开发一种非免疫学模式的原位简易监测含锌蛋白、共轭核酸的鉴别手段,提升基于卟啉的ECL技术在生物医学工程传感领域的研究应用水平。