光致电化学（PEC）生物传感器是近年发展起来的一种生物分子检测技术,具有设备简单、灵敏度高、背景信号低等优点,已迅速成为当下的研究热点。研究表明,传感器响应信号的产生主要依赖于光电活性材料,它能在光照下进行电子-空穴对分离并实现光电转化。为提高响应信号,通常还需要采用一些信号放大策略。因此,寻找新型光电活性材料并结合信号放大策略对构建简单、灵敏、准确和快速的PEC生物传感器具有十分重要的意义。鉴于此,本文从苝系物光电活性材料的特性出发,结合目标物循环放大技术,设计了自增强型、波长可分辨型和双模式的PEC生物传感器,分别实现了免共反应试剂的超灵敏检测、高通量的多组分检测和可互补分析的准确检测。研究工作如下:1.基于高光电活性D-A-D型超分子聚集体构建超灵敏光致电化学生物传感器传统的光电材料通常需要在电解质溶液中添加或通过生物催化反应原位产生电子供体/受体（D/A）,以提高光电转化效率。但分离的光电材料和电子供体/受体由于距离较远,电子传输较慢而存在光电转换效率低等缺陷,一定程度影响着分析的灵敏度。为解决这一问题,本研究以苝四甲酸（PTCA）为母体,富电子联氨（肼,N₂H₄）为亲和试剂,利用一锅法简单的合成了一种耦合缺电子苝核和富电子氨基的供体-受体-供体（D-A-D）聚集型苝酰亚胺衍生物（HPDS）。结合目标物双循环诱导的双足DNA walker放大策略,将目标物TP53基因片段转化为大量的output DNA固载于聚集体修饰的基底,能捕获SiO₂标记的探针,得到显著猝灭的光电流信号以实现目标物的定量检测。自增强HPDS聚集体的使用避免了在底液中添加任何充当电子供体/受体的共反应试剂。此外,级联放大策略有效提高了检测灵敏度,为生物分析和临床诊断应用提供了一条新的灵敏检测途径。2.基于点击反应触发波长可分辨的双信号输出实现超灵敏多组分金属离子的光致电化学检测研究表明,同一界面的多组分检测可提高传感器的检测效率,降低检测成本。采用不同光电活性物质的信号指示不同目标物是一种简单、直接、有效的方法,然而如何区分所产生的信号是一个严峻的挑战。本实验利用光电活性物质PTCA和C₃N₄在波长为623 nm和365 nm的光源下产生可分辨的光电信号,结合金属离子剪切循环放大技术构建了一种基于点击反应触发波长可分辨的双信号输出光致电化学生物传感器。巧妙地采用Cu²⁺和抗坏血酸（AA）共催化的点击反应,将Pb²⁺和Mg²⁺离子剪切循环放大技术转化的大量DNA有效地连接在电极表面,用于分别捕获PTCA和C₃N₄标记的DNA探针,产生波长可分辨的信号实现对Pb²⁺、Mg²⁺和Cu²⁺多组份金属离子的灵敏检测。3.原位合成多功能DNA纳米球用于光致电化学-电化学双模式的灵敏、准确分析传感器的定量分析一般依赖于单信号输出,其准确性易受操作方式和实验环境等影响。因此,本实验基于原位合成的多功能DNA纳米球构建了一种新型的光致电化学-电化学双模式生物传感器。利用酶辅助的目标物循环诱发滚环扩增（RCA）反应,在TiO₂基底上原位产生大量的DNA纳米粒子,用于嵌入PDA⁺形成多功能的DNA纳米球。窄带隙PDA⁺具有较高的光电转换效率,能敏化宽带隙TiO₂纳米材料,从而获得明显增强的PEC信号用于目标物的定量检测。此外,大平面π-π骨架赋予了PDA⁺良好的氧化还原活性,明显的电化学阴极峰可用于电化学分析。两种检测技术的联用通过不同检测原理所产生的信号相互辅证,有效降低了假阳信号的产生,提高了传感器检测的准确度。