作为电化学的一个重要分支,电致化学发光（ECL）延续了电化学响应快、灵敏度高、检测范围宽、可控性好等优点。而双极电极（BPE）的引入,将ECL方法带入无线化和便携化的领域。得益于双极电极的阴阳两极可以分别修饰,ECL的检测范围被大大拓宽,这一点改进对生命分析尤为重要。随着微电极的引入,BPE-ECL进一步发挥出了其巨大的潜能,集合了高精度、高灵敏度、高通量、高分辨率、低检测限及低噪音的优势,涵盖了众多宏观和微观的检测目标。本文以双极电极上的电致化学发光分析为基础,致力于对信号放大、方法优化、装置设计的研究,具体开展了以下5个方面的工作:1.基于双极电极的电致化学发光适配体传感器对肿瘤细胞中腺苷的检测我们基于氧化铟锡（ITO）无线双极电极（BPE）和电致化学发光（ECL）设计了一种对肿瘤细胞中腺苷进行定量分析检测的新方法。我们将二茂铁（Fc）标记于腺苷的适配体上,该适配体通过与BPE一极上的互补DNA杂交的方式修饰于BPE表面。当5.0 V的外加电压施加于BPE两端的驱动电极上后,Fc被氧化为Fc+。然后,我们在驱动电极上施加相反的电压,使得富集Fc+的一端成为BPE的阴极。Fc+的存在能够加速BPE阳极端的氧化反应,从而使得检测溶液中Ru（bpy）32+/TPrA（三正丙胺）体系的ECL强度有着明显的增强。当目标物质腺苷存在时,它会特异性地与电极表面的腺苷适配体结合,并将其带离电极表面,因此电极表面的Fc含量会降低,阳极端的ECL信号会下降。下降的ECL信号与ATP的浓度对数之间的线性响应范围较宽,为1.0 fM到0.10 μM。我们利用这个ECL生物传感体系可以精确检测肿瘤细胞释放出的腺苷含量。2.基于闭合式双极电极和双重信号放大策略的PSA电致化学发光生物传感器我们基于闭合式双极电极构建了一种电致化学发光生物传感器,实现了前列腺特异性抗原（PSA）的高灵敏定量分析检测。BPE的阳极上修饰的金纳米粒子（Au NPs）能够催化阳极端鲁米诺和过氧化氢的ECL反应,从而增强阳极的ECL信号。阴极上修饰了硫堇标记的PSA抗体,用于进一步增强阳极端的ECL信号强度,并且信号增加量与PSA抗原的含量呈正相关。这是因为硫堇存在时,能够很大程度上增加阴极的电子转移速率,从而增强阳极ECL信号强度。阴极端引入的硫堇分子越多,电极上通过的法拉第电流就越大,阳极端鲁米诺被氧化的速率就越快,通过这种原理能够对PSA进行灵敏的定量分析检测。检测结果表明在0.1 pg/mL～0.1μg/mL的范围内有着很好的线性。本文主要利用了闭合式双极电极的特殊构造,实现了 BPE上ECL信号的双重放大。此外,将本文使用的PSA三明治结构替换为其他生物结构后,本方法可用于其他生物物质的检测。3.基于双极电极构建的时间响应性传感器用于肿瘤细胞的超灵敏检测我们构建了一种双极电极-时间响应传感装置用于肿瘤细胞的检测。该装置能够达到5 cell/cm2的超低检测限。Au NPs通过DNA双链修饰在BPE的阳极表面,一方面作为luminol/H₂O₂这一 ECL反应的催化剂使用,同时作为沉积Ag（阳极溶解探针）的种子使用。Ag层溶解的持续时间与Ag的量呈正相关,与外界电压有关,且和电路的导电性呈负相关。因此,我们能够通过调节以上因素放大电路导电性的微小变化。由于Au@Ag的形成能够猝灭鲁米诺的ECL,所以ECL的逐渐恢复过程能够反映出阳极溶解的进程。通过监控BPE阴极端孵育细胞前后阳极端ECL信号恢复所需要的时间,我们能够在0.2 cm2的ITO电极上检测到单个细胞捕获引起的信号变化。这一方法与单纯利用ECL信号变化来检测相比,灵敏度提高了一个数量级。此外,我们还用该方法研究了抗体/适配体对MCF-7细胞/A549细胞的捕获效率。4.基于纳米孔双极电极-电致化学发光法的细胞质内多巴胺的原位实时检测我们设计了一种基于纳米孔电极（NPE）构造的双极电极,并将其用于细胞内多巴胺的检测。把一根直径25μm的铂丝放入一根内径为0.58 mm的硼硅酸盐玻璃管中,然后通过激光拉针仪将两者同时拉断。由于铂和玻璃的熔点不同,我们制得了前端有一空腔,铂丝被烧熔的玻璃固定在管内的纳米孔双极电极。其中,玻璃针尖的直径约为150 nm,我们可以利用其扎入细胞中,而玻璃管的管体部分可以用来盛放发光试剂。由于铂丝固定在玻璃管内,当针尖扎入胞内时,细胞质会进入腔体内与铂丝的前端接触,而铂丝的后半部分被发光试剂浸润,当外部驱动电极施加电压后,铂丝便极化为双极电极。当铂丝前端的反应发生变化时,相应地会通过铂丝后端,亦即双极电极的另一端体现出来,由此我们便实现了对细胞内环境的实时监测。毛细管内我们选择钌联吡啶/三正丙胺这一 ECL发光体系。当我们在铂丝前端简单组装多巴胺适配体以后,我们便可以有选择性地对细胞内的多巴胺实现高灵敏检测。我们还用此方法对尼古丁刺激细胞分泌多巴胺的方式进行了研究。微电极的引入,帮助我们成功地将BPE-ECL方法引入到单细胞实时分析中。只需对修饰物或是电极材料稍加修改,本文所报道的检测手段便可以拓展到其他生物样品检测中,尤其是对生物体内微小结构的探测,具有较高的应用前景。5.微型电致化学发光检测器我们介绍了一种基于闭合式双极电极的微型电致化学发光检测器。这套ECL检测装置集成了一个能用于储液的暗室,一个特别拉制的双极电极以及一个光电倍增管（PMT）,这些部件在这套装置中组合成一个轻巧的器件,能快速而又准确地实现定量检测功能。具体来说,双极电极的一端（信号端）穿过暗室底部置于暗室之内,针尖所处的位置正好在暗室侧窗中央,即PMT采集ECL信号的光窗位置;双极电极的另外一端（感应端）则露置于暗室之外。两端通过串在BPE上的橡皮塞隔开,橡皮塞塞紧暗室底部,即可将暗室内与室外的溶液分开。外侧待检测物的反应因此可与内部发光物质的信号反应分隔开,形成闭合式双极电极构型。另外,随着微型双极电极的引入,细胞内检测也可以通过此装置实现。只需将露置在外的双极电极一端通过微操平台扎入细胞,便可测得细胞内物质的含量及其变化。这种微型化的检测器不仅为检测提供了便利,降低了检测成本,也为高精度或精细检测提供了一个可靠的途径。