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光电化学传感器是利用物质的光电特性来检测待测物的传感装置，是最近几年发展起来的一种分析方法。光电化学作为一种分析手段，它的检测过程和电致化学发光正好相反。由于采用不同形式的激发和检测信号，因而其背景信号较低，可能达到与电致化学发光相当的高灵敏度。并且，光电化学的仪器比较简单，容易微型化；由于采用电化学检测，同光学检测方法相比，其设备更加价廉。光电化学同样非常适合高通量分析。将光电化学方法与其它技术如流动注射联用，能对样品进行连续测定而且能大大提高分析的速度。因此，光电化学是一种非常有发展前景的分析方法。
半导体纳米粒子由于量子尺寸效应、表面效应等的存在，具有不同于本体材料的特殊的光电化学性质，因而，基于半导体纳米材料的光电化学传感器越来越多的引起了人们的关注。目前，半导体纳米材料光电化学传感器的研究还处在起步阶段。本论文研制成四种基于半导体纳米材料的光电化学传感器。主要内容如下：
1.多巴胺敏化TiO2纳米多孔电极的制备及可见光下NADH的灵敏检测
制备了多巴胺修饰的纳米TiO2多孔膜电极，并将该电极成功应用于可见光下NADH的光电化学测定。将TiO2胶体溶液滴到氧化铟锡(ITO)电极表面后在450℃下煅烧形成多孔TiO2膜；将所得到的TiO2修饰电极浸入到多巴胺溶液中，通过多巴胺与纳米TiO2表面含有悬空键的Ti原子之间的络合反应形成多巴胺-TiO2电荷转移配合物。多巴胺-TiO2电荷转移配合物可以在可见光照射下产生光电流，并且在NADH的存在下光电流会大大增加。我们认为光电流的增加是由于NADH与多巴胺上的光生空穴之间的电子转移引起的。所制备的多巴胺-TiO2修饰电极对NADH的响应的线性范围为5.0×10-7-1.2×10-4 M，检测限为1.4×10-7M。此修饰电极制备方法简单，并且能够进行有效的电子传输，响应快。此方法大大减少了紫外光以及TiO2的光生空穴对于生物分子的损害，为TiO2在光电化学生物传感方面的应用提供了新的方法。
2.基于水溶性CdS量子点的无标记型光电化学免疫传感器的研制
利用CdS量子点多层膜修饰电极成功制备了无标记型光电化学免疫传感器。多层膜修饰电极的制备是通过将巯基乙酸修饰的CdS量子点与带正电荷的PDDA层层组装修饰到ITO电极表面。在温和的溶液pH下，发现生物小分子抗坏血酸可作为捕获剂有效的捕获CdS量子点的光生空穴。在0.1 M的抗坏血酸溶液中，CdS量子点修饰电极显示了强而稳定的阳极光电流。通过EDC和NHS将羊抗小鼠IgG固定到CdS量子点多层膜修饰电极表面。电极表面所固定的羊抗小鼠IgG与小鼠IgG结合后所形成的免疫复合物阻碍了抗坏血酸扩散到CdS表面与光生空穴反应，从而引起修饰电极光电流的降低。利用小鼠IgG对光电流的降低，实现了小鼠IgG的无标记光电化学测定。详细研究了不同条件下如：合成CdS材料的Cd/S的比例，合成液的pH，以及PDDA/CdS多层膜的组装层数等对修饰电极的光电化学性质的影响。在最佳实验条件下，该传感器对IgG检测的线性范围为10 pg/mL-100 ng/mL，检测限为8.0 pg/mL。此方法开辟了量子点在光电化学免疫传感器方面的应用，有望为量子点在其它光电化学生物传感器方面的应用奠定基础。
3.基于TiO2/CdS纳米复合材料的无标记型甲胎蛋白光电化学免疫传感器的研制
制备了基于TiO2/CdS复合材料的光电化学免疫传感器。通过将TiO2纳米材料修饰ITO电极交替浸入到[Cd(NF3)4]2+和S2-溶液中得到TiO2/CdS纳米材料修饰电极。与通常使用的通过Cd2+沉积CdS的方法相比，此方法所得到的ITO/TiO2/CdS电极需要较少的沉积次数，并且具有较大的光电流。将所得到的ITO/TiO2/CdS电极修饰壳聚糖之后，进一步固定甲胎蛋白抗体。修饰有抗体的电极与抗原反应后光电流降低，利用这一变化实现了甲胎蛋白的无标记光电化学测定。所制备的传感器对甲胎蛋白测定的线性范围为50 pg/mL-50 ng/mL，检测限为40 pg/ml。利用所制备的传感器对5份人血清中的甲胎蛋白进行测定，与化学发光法相比，结果令人满意。此方法简单，快速，特异性好。并且，所制备的传感器具有良好的重现性和稳定性。该传感器在临床免疫分析中具有潜在的应用前景。
4.高选择性和高灵敏cu2+光电化学传感器
选择三乙醇胺(TEA)作为电子供体，CdS量子点修饰的ITO电极在三乙醇胺溶液中具有稳定的光电流。Cu2+与CdS量子点表面的相互作用，产生了Cu+以及CuxS(x=1，2)。这些物质的存在阻断了CdS的光生电子向ITO电极的传递，从而导致CdS光电流的降低。除了Ag+之外，其它的常见阳离子在修饰电极上几乎没有响应。溶液中加入Br-后形成不溶性的AgBr，可以消除Ag+的干扰而不影响Cu2+的测定。该方法对Cu2+测定的线性范围为2.0×10-8-2.0×10-5M，检测限为1.0×10-8M。迄今，量子点在光电化学的金属离子测定中的应用尚未见报道。