【摘要】：在大健康時(shí)代的背景下,人們對食品安全、環(huán)境保護(hù)和醫(yī)療健康等產(chǎn)業(yè)有了新的要求和期待。高靈敏度、高通量、普適性強(qiáng)以及通用性廣的分析方法的構(gòu)建和微型化、便攜式的檢測裝置的開發(fā)顯得尤為迫切。電化學(xué)發(fā)光(ECL)技術(shù)的迅猛發(fā)展為此提供了有力的技術(shù)支撐。電化學(xué)發(fā)光是電化學(xué)與化學(xué)發(fā)光相結(jié)合的產(chǎn)物,集成了電化學(xué)分析速度快、時(shí)空可控性強(qiáng)及化學(xué)發(fā)光檢測靈敏度高、線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。從電化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)到發(fā)光機(jī)制的不斷完善,從分子發(fā)光體的出現(xiàn)到納米發(fā)光體的興起,電化學(xué)發(fā)光的研究范圍不斷擴(kuò)大,研究對象日益豐富,新材料、新體系更是層出不窮。如今,電化學(xué)發(fā)光技術(shù)已經(jīng)在臨床診斷、食品安全、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。得益于其強(qiáng)大的交叉融合能力,電化學(xué)發(fā)光歷經(jīng)百年而不衰。今后,也將順應(yīng)時(shí)代潮流,并隨著微型化、便攜式終端檢測設(shè)備的普及,走進(jìn)千家萬戶。本論文以電極界面修飾和新型發(fā)光探針的制備為出發(fā)點(diǎn),圍繞電化學(xué)發(fā)光傳感分析中涉及到的靈敏度、穩(wěn)定性、選擇性、分析通量等基礎(chǔ)性科學(xué)問題展開。首先介紹了電化學(xué)發(fā)光的基本概念及其技術(shù)特點(diǎn),并對其發(fā)展歷史作了簡要回顧;隨后,總結(jié)了幾種不同類型的電化學(xué)發(fā)光體及共反應(yīng)劑,并著重介紹了湮滅型及共反應(yīng)劑型電化學(xué)發(fā)光機(jī)理等。最后,系統(tǒng)綜述了電化學(xué)發(fā)光在分析化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,由此提出本論文的選題和研究思路。論文結(jié)合微芯片加工技術(shù),在導(dǎo)電玻璃基底上制備了 T型氧化銦錫(ITO)雙極電極。利用電化學(xué)輔助自組裝法在雙極電極表面修飾了 一層二氧化硅介孔通道薄膜(SMCs)。該薄膜具有孔道垂直且高度有序,孔徑超小且均一(2-3nm),孔隙率極高(4.0× 10~12pores/cm~2)等特點(diǎn)�；陔姾蛇x擇性,該薄膜對正電荷發(fā)光探針三(2,2'-聯(lián)吡啶)釕(Ⅱ)(Ru(bpy)32+)的電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)數(shù)量級的增強(qiáng)。基于該薄膜的超小孔道的尺寸篩濾作用及抗生物污染能力,實(shí)現(xiàn)了人血清中阿托品和L-脯氨酸等小分子胺類化合物的高靈敏電化學(xué)發(fā)光成像分析。合成了一種乙烯基功能化的二(2,2'-聯(lián)吡啶)(4,4'-二乙烯基苯基-2,2'-聯(lián)吡啶)釕(Ⅱ)(Ru(bpy)2(dvbpy)~(2+)),利用搭建的ECLspooling分析系統(tǒng),獲取時(shí)間分辨電化學(xué)發(fā)光譜圖。通過光誘導(dǎo)巰基-烯烴“點(diǎn)擊反應(yīng)”將其共價(jià)接枝在(3-巰基丙基)三甲氧基硅烷(MPTMS)預(yù)修飾的ITO電極上,制備了單分子層聯(lián)吡啶釕修飾的固態(tài)電化學(xué)發(fā)光傳感器(solid-state ECL)。以Ru(bpy)3~(2+)和三(2-苯基吡啶)合銥(Ⅲ)(Ir(ppy)_3)為出發(fā)點(diǎn),通過配體修飾等策略,合成了幾種不同類型的金屬配合物:二(2,2'-聯(lián)吡啶)(4,4'-二乙烯基苯基-2,2'-聯(lián)吡啶)釕(Ⅱ)(Ru(bpy)2(dvbpy)~(2+))、二(2-苯基吡啶)(4,4'-二乙烯基苯基-2,2'-聯(lián)吡啶)銥(Ⅲ)(Ir(ppy)2(dvbpy)~+)、二(2-苯基吡啶)(4,4'-二叔丁基-2,2' 聯(lián)吡啶)銥(Ⅲ)(Ir(ppy)2(dtbbpy)~+)和二(2-(2,4-二氟苯基)-5-三氟甲基吡啶)(4,4'-二叔丁基-2,2'-聯(lián)吡啶)銥(Ⅲ)(Ir(dFCF3ppy)2(dtbbpy)~+)。此六種探針的電化學(xué)發(fā)光波長在491nm到636 rnm范圍內(nèi)彼此可分辨。利用搭建的多維度電化學(xué)發(fā)光分析平臺,從發(fā)光光譜、強(qiáng)度、圖像等多個(gè)角度研究了紅光探針Ru(bpy)_2(dvbpy)~(2+)、綠光探針I(yè)r(ppy)_3和藍(lán)光探針I(yè)r(dFCF_3ppy)_2(dtbbpy)~+及其混合體系的電化學(xué)發(fā)光產(chǎn)生機(jī)制。通過多種手段觀察到了Ir(ppy)3/TPrA體系在高電位下的電化學(xué)發(fā)光淬滅現(xiàn)象,并利用電化學(xué)-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對其淬滅機(jī)制進(jìn)行了驗(yàn)證。得益于這種“開關(guān)效應(yīng)”,它與任一探針混合均具有電位分辨能力。而紅光探針與藍(lán)光探針的電化學(xué)發(fā)光波長相差145 nm,能夠?qū)崿F(xiàn)光譜分辨�；诖�,完成了紅綠藍(lán)三色體系的電位、光譜雙分辨電化學(xué)發(fā)光。最后,將此三色探針分子負(fù)載到聚苯乙烯小球中,使用抗體對其編碼,實(shí)現(xiàn)了甲胎蛋白(AFP)、癌胚抗原(CEA)和人絨毛膜促性腺激素(β-HCG)三種疾病標(biāo)志物的同時(shí)檢出。最后,對以上三個(gè)工作進(jìn)行了總結(jié),并展望了電化學(xué)發(fā)光的發(fā)展趨勢。
【圖文】：

１．４．１湮滅型電化學(xué)發(fā)光機(jī)理逡逑大部分的湮滅型電化學(xué)發(fā)光都是在有機(jī)溶劑或者混合溶液中進(jìn)行的。以稠環(huán)芳逡逑烴為例，圖１．６ａ描述了湮滅型電化學(xué)發(fā)光產(chǎn)生的過程。在電極表面施加雙階躍正負(fù)逡逑脈沖電位時(shí)，Ａ在電極表面發(fā)生電化學(xué)還原生成陰離子自由基ＡＴ邋（式１．１），Ｄ在電逡逑極表面發(fā)生電化學(xué)氧化生成陽離子自由基Ｄ＋？（式１．２），電生中間體在電極表面附近逡逑經(jīng)過高能電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)形成激發(fā)態(tài)Ａ’（式１．３），激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)，產(chǎn)生光輻射（式逡逑１．４）【２］。逡逑Ａ＋ｅ＂＾Ａ￣＊邐（式邐１．１）逡逑Ｄ－ｅ－＾Ｄ＾邐（式邐１．２）逡逑Ａ￣＊＋Ｄ＋＊－＾Ａ＊＋Ｄ邐（式邐１．３）逡逑Ａ＊邋—＞Ａ邋＋邋ｈｖ邐（式邐１．４）逡逑給定的湮滅反應(yīng)焓變與第一激發(fā)單重態(tài)￡ｓ或第一激發(fā)三重態(tài)五Ｔ的光逡逑譜能級的相對大小決定了式１．３中的激發(fā)態(tài)激發(fā)單重態(tài)１或以激發(fā)三重態(tài)３Ａ‘逡逑的形式存在。逡逑激發(fā)態(tài)光譜能級￡ｓ或五ｔ邋（ｅＶ）可由式１．５得到，逡逑Ｅｓｏｒｒ邋（ｅＶ）邋＝邋ｈｏ＝ｈｃ／Ｌ邋＝邋１２３９＾邋＾邐（式邐Ｌ５）逡逑其中，／？表示普朗克常數(shù)，６．６２ｘｌ0－３４Ｊｓ；邋？表示光波頻率；ｃ表示光速，３．0ｘｌ0８ｍ逡逑ｓ＿１；邋Ａ表示光的波長（ｎｍ）。逡逑湮滅反應(yīng)焓變（－Ａ／／０）與化學(xué)反應(yīng)（式１．３）的吉布斯自由能變（－ＡＧ０）有如下逡逑關(guān)系，逡逑－ＡＨ０＝－ＡＧｒ－ＴＡＳ°邐（式邐１．６）逡逑其中，，７ＡＳ—般估算為０．１ｅＶ（２９８Ｋ）。吉布斯自由能變化量（－ＡＧ°）可由氧化還原逡逑電對Ａ／Ａ－和Ｄ＋７Ｄ的標(biāo)準(zhǔn)電極電位得到

固載的Ｒｕ（ｂｐｙ）３２＋的電化學(xué)發(fā)光機(jī)理研究提供了更為直觀的證據(jù)。當(dāng)ＴＰｒＡ作為共反逡逑應(yīng)劑時(shí)，由于電生中間體ＴＰｒＡ＋？的擴(kuò)散，可以觀察到整個(gè)ＰＳ微球（直徑３｜ａｍ）的逡逑電化學(xué)發(fā)光，且在ＴＰｒＡ＋？等中間體濃度高的微區(qū)發(fā)光信號更強(qiáng)（圖１．７ａ）。當(dāng)采用直逡逑徑為１２｜ｉｍ的ＰＳ微球成像時(shí)，施加１．１邋Ｖ的氧化電位，僅在距電極表面（ｚ軸方向）逡逑３邋－邋４邋ｐｍ的區(qū)域內(nèi)可以觀察到明顯的電化學(xué)發(fā)光圖像；距離電極表面較遠(yuǎn)的發(fā)光區(qū)逡逑域是由于ＰＳ微球透光，并能將底部發(fā)光會聚到頂部而產(chǎn)生的，并非直接來源于逡逑Ｒｕ（ｂｐｙ）３２＋的電化學(xué)發(fā)光。這也說明了由于ＴＰｒＡ＋？的擴(kuò)散距離有限，不能使距離電極逡逑表面更遠(yuǎn)的發(fā)光分子進(jìn)行電化學(xué)發(fā)光反應(yīng)（圖１．７ｂ）。當(dāng)采用ＤＢＡＥ作為共反應(yīng)劑逡逑時(shí)，由于其自由基中間體ＤＢＡＥ＋？不穩(wěn)定（壽命僅為ＴＰｒＡ＋？的十分之一），導(dǎo)致擴(kuò)散逡逑距離變短，無法觀察到ＰＳ微球表面Ｒｕ（ｂｐｙ）３２＋的電化學(xué)發(fā)光。雖然在溶液相中逡逑Ｒｕ（ｂｐｙ）３２＋／ＤＢＡＥ體系的電化學(xué)發(fā)光發(fā)光效率更高，但對于Ｒｕ（ｂｐｙ）３２＋標(biāo)記微球的生逡逑化分析
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O657.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 李利花;蔡自由;潘建斌;陳纘光;;雙極電極電化學(xué)發(fā)光檢測研究概況[J];化學(xué)世界;2015年07期

本文編號：2710877