高效电化学发光氮掺杂碳点的制备及其生物分析应用研究
发布时间：2021-04-07 13:16
碳点（Carbon dots,CDs）是一类具有毒性低、成本低廉及生物相容性优异等突出优势的新型电化学发光（electrochemiluminescence,ECL）物质,在ECL生物分析领域展现出广阔的应用前景。然而,现有的碳点在ECL性能方面仍然差强人意,主要体现在ECL激发电位高、ECL效率低,使其应用受到很大的限制。氮掺杂最大程度地保留了碳点高稳定性和低成本的特点,是改善碳点ECL性能的常用方法之一。遗憾的是,迄今为止掺杂氮原子在碳点的ECL过程中的作用尚未明确,所以通过氮掺杂对碳点的ECL性能改善缺乏针对性,且氮掺杂造成的结果往往不可控。本文选用不同氮源制备了一系列不同结构的氮掺杂碳点,通过对比不同碳点的ECL性质,归纳氮掺杂的结构与ECL性能的关系的一般规律。同时,借助量子化学工具,揭示掺杂氮原子影响碳点的光、电化学性质的作用原理。根据以上规律和原理,有针对性地设计氮掺杂碳点的结构和制备方案,以降低其氧化还原电位,提高碳点与共反应试剂的作用效率和激发态量子产率,从而获得具有低激发电位和高ECL效率的新型氮掺杂碳点。最后,结合生物识别及信号放大策略构建ECL生物传感器应用于生...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Ru(bpy)32+的ECL湮灭反应机理[9]
西南大学博士学位论文4极下失去电子生成偶氮化合物；同时，H2O2分解产生HOO-或O2-，然后与所生成的偶氮化合物反应生成激发态3-氨基邻苯二甲酸盐，激发态3-氨基邻苯二甲酸盐跃迁回基态，并产生波长约425nm的光（如图1.2所示）。图1.2鲁米诺-过氧化氢体系的ECL机理[28]。Fig.1.2TheECLmechanismofluminol-H2O2inalkalinesolution,Copyright2007Wiley.1.2.3热电子诱导的电化学发光共反应型ECL由于溶液中的组分比较复杂，往往在主要机理之外，伴随着其它类型的发光，例如联吡啶钌-过硫酸盐ECL体系，除了典型的共反应机理之外，还伴随着湮灭型ECL。此外，当使用一些表面被氧化物覆盖的金属电极并施加适当的负电压时，电极可以向溶液中注入具有强还原性的热电子，热电子能够直接还原电极界面的氧化态发光分子并生成激发态分子，由此引起的发光现象称为热电子诱导的ECL[29,30]。以氧化物覆盖的铝电极为例[31]，将其置于联吡啶钌-过硫酸根（Ru(bpy)32+-S2O82-）的ECL体系中，其发光机理如下面方程所示。激发态Ru(bpy)32+*可以通过SO4-与Ru(bpy)3+反应产生，也可由热电子与Ru(bpy)33+反应产生，还可由Ru(bpy)33+与Ru(bpy)3+反应产生，其反应机理如下：eaq-+S2O82-→SO4-+SO42-Ru(bpy)32++eaq-→Ru(bpy)3+Ru(bpy)32++SO4-→Ru(bpy)33++SO42-Ru(bpy)3++SO4-→Ru(bpy)32+*+SO42-Ru(bpy)33++eaq-→Ru(bpy)32+*
西南大学博士学位论文6建ECL免疫传感器检测胱抑素C，实现了1.0fg/mL~10ng/mL浓度范围内的灵敏检测，检测限0.38fg/mL。图1.3红荧烯单分子层覆盖的石墨烯复合材料过程及其在ECL免疫传感器中应用[33]。Fig.1.3Theschematicillustrationoftheultrasensitive“on-off”ECLbiosensorforCysCdetectionbasedonself-acceleratedG/mRub-Ptcompositesandimmunorecognition-induced3DDNAmachine.(A)ThepreparationprocessofG/mRub-Ptcomposites,(B)immunorecognition-induced3DDNAmachineamplificationreaction.Copyright2019Elesiver.近年来，通过DNA自组装形成的DNA纳米材料因其强大的可操纵性和优异的生物相容性引起了研究者的高度关注，在ECL分析领域成为一类新型的多功能载体。Xie等[34]将异鲁米诺（ABEI）与阿霉素（Dox）共价交联形成一种多功能的新型ECL发光分子，该分子通过阿霉素嵌入DNA双链中，而异鲁米诺仍保留其ECL特性，在含有H2O2的溶液中表现出较强的ECL性能。通过DNA自组装形成的DNA四面体枝状聚合物，由于结构中大量存在的DNA双链，能够大量富集该ECL发光物质分子，从而形成一种具有强ECL信号的新型纳米探针，具体过程如图1.4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于钌配合物敏化多孔TiO2泡沫的对乙酰氨基酚电化学发光传感器的构建[J]. 杨博通,温雅琼,焦卫卫,王玉珍. 广东化工. 2019(22)
[2]碳点和掺杂碳点的发光机理[J]. 胡若欣,宋希元,晋卫军. 化学传感器. 2018(01)
[3]基于鲁米诺修饰AuAg@MnO2纳米复合材料构建的β淀粉样蛋白电致化学发光免疫传感器的研究[J]. 王靖茜,朱阿敏,袁若,柴雅琴. 化学传感器. 2016(04)
博士论文
[1]基于共反应促进剂增强的金属纳米簇构建电致化学发光生物传感器的研究[D]. 周莹.西南大学 2019
[2]基于复合纳米材料组装的信号增强的电化学免疫传感器的研究[D]. 卓颖.西南大学 2009
本文编号：3123561
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Ru(bpy)32+的ECL湮灭反应机理[9]
西南大学博士学位论文4极下失去电子生成偶氮化合物；同时，H2O2分解产生HOO-或O2-，然后与所生成的偶氮化合物反应生成激发态3-氨基邻苯二甲酸盐，激发态3-氨基邻苯二甲酸盐跃迁回基态，并产生波长约425nm的光（如图1.2所示）。图1.2鲁米诺-过氧化氢体系的ECL机理[28]。Fig.1.2TheECLmechanismofluminol-H2O2inalkalinesolution,Copyright2007Wiley.1.2.3热电子诱导的电化学发光共反应型ECL由于溶液中的组分比较复杂，往往在主要机理之外，伴随着其它类型的发光，例如联吡啶钌-过硫酸盐ECL体系，除了典型的共反应机理之外，还伴随着湮灭型ECL。此外，当使用一些表面被氧化物覆盖的金属电极并施加适当的负电压时，电极可以向溶液中注入具有强还原性的热电子，热电子能够直接还原电极界面的氧化态发光分子并生成激发态分子，由此引起的发光现象称为热电子诱导的ECL[29,30]。以氧化物覆盖的铝电极为例[31]，将其置于联吡啶钌-过硫酸根（Ru(bpy)32+-S2O82-）的ECL体系中，其发光机理如下面方程所示。激发态Ru(bpy)32+*可以通过SO4-与Ru(bpy)3+反应产生，也可由热电子与Ru(bpy)33+反应产生，还可由Ru(bpy)33+与Ru(bpy)3+反应产生，其反应机理如下：eaq-+S2O82-→SO4-+SO42-Ru(bpy)32++eaq-→Ru(bpy)3+Ru(bpy)32++SO4-→Ru(bpy)33++SO42-Ru(bpy)3++SO4-→Ru(bpy)32+*+SO42-Ru(bpy)33++eaq-→Ru(bpy)32+*
西南大学博士学位论文6建ECL免疫传感器检测胱抑素C，实现了1.0fg/mL~10ng/mL浓度范围内的灵敏检测，检测限0.38fg/mL。图1.3红荧烯单分子层覆盖的石墨烯复合材料过程及其在ECL免疫传感器中应用[33]。Fig.1.3Theschematicillustrationoftheultrasensitive“on-off”ECLbiosensorforCysCdetectionbasedonself-acceleratedG/mRub-Ptcompositesandimmunorecognition-induced3DDNAmachine.(A)ThepreparationprocessofG/mRub-Ptcomposites,(B)immunorecognition-induced3DDNAmachineamplificationreaction.Copyright2019Elesiver.近年来，通过DNA自组装形成的DNA纳米材料因其强大的可操纵性和优异的生物相容性引起了研究者的高度关注，在ECL分析领域成为一类新型的多功能载体。Xie等[34]将异鲁米诺（ABEI）与阿霉素（Dox）共价交联形成一种多功能的新型ECL发光分子，该分子通过阿霉素嵌入DNA双链中，而异鲁米诺仍保留其ECL特性，在含有H2O2的溶液中表现出较强的ECL性能。通过DNA自组装形成的DNA四面体枝状聚合物，由于结构中大量存在的DNA双链，能够大量富集该ECL发光物质分子，从而形成一种具有强ECL信号的新型纳米探针，具体过程如图1.4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于钌配合物敏化多孔TiO2泡沫的对乙酰氨基酚电化学发光传感器的构建[J]. 杨博通,温雅琼,焦卫卫,王玉珍. 广东化工. 2019(22)
[2]碳点和掺杂碳点的发光机理[J]. 胡若欣,宋希元,晋卫军. 化学传感器. 2018(01)
[3]基于鲁米诺修饰AuAg@MnO2纳米复合材料构建的β淀粉样蛋白电致化学发光免疫传感器的研究[J]. 王靖茜,朱阿敏,袁若,柴雅琴. 化学传感器. 2016(04)
博士论文
[1]基于共反应促进剂增强的金属纳米簇构建电致化学发光生物传感器的研究[D]. 周莹.西南大学 2019
[2]基于复合纳米材料组装的信号增强的电化学免疫传感器的研究[D]. 卓颖.西南大学 2009
本文编号：3123561
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