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光电化学(Photoelectrochemical,PEC)生物分析是基于在光照下识别元件和目标分子之间的识别作用而产生相应电信号的改变来进行检测,在临床诊断、环境分析、生物医学、食品分析等领域得到了广泛应用,尤其在生物传感领域备受瞩目,检测目标物涉及DNA/RNA分析、免疫分析、蛋白质以及细胞相关分析等。作为一种新型的分析方法PEC生物分析表现出巨大潜力,但仍处于起步阶段,目前用于生化分析的有效光电材料种类还太少,灵敏度和稳定性还明显不足。鉴于此,本文基于Ir(Ⅲ)配合物光物理、电化学性能可调控范围宽的优点,通过设计具有强光捕获能力的配体合成了三种在可见光区域具有高摩尔吸光度的Ir(Ⅲ)配合物光电活性材料,同时基于核酸适体与凝血酶的特异性识别作用以及纳米材料、DNA信号放大技术,将其用于复杂生物体系中凝血酶、microRNA(miRNA)的高灵敏、高特异性检测。主要内容如下:1.香豆素-6敏化的标记型金属铱(Ⅲ)配合物在凝血酶检测中的应用以香豆素-6(C6)作为环金属化配体,以2,2'-联吡啶-4,4'-二甲酸(dcbpy)为辅助配体,合成了铱配合物光电材料[(C6)_2Ir(dcbpy)]~+PF_6~-,对其紫外-可见吸收谱、电化学和光电化学性质进行了研究,并推测了可能的光电流产生机理。结果表明,引入环金属化配体C6显著提高了配合物在可见光范围内的吸收:在480 nm处的摩尔吸光系数为40000 M~(-1)·cm~(-1);在可见光照射下,在O_2作为电子受体的情况下,配合物[(C6)_2Ir(dcbpy)]~+PF_6~-产生高达245 nA/cm~2的阴极光电流。基于其优异的光电性能及配位基团(-COOH),制备了以[(C6)_2Ir(dcbpy)]~+PF_6~-作为信号输出的AuNPs纳米探针,并基于Exo III辅助的循环放大作用构建了PEC生物传感器用于凝血酶的检测,线性范围为20 fM-10 pM,检测限低至9.6 fM,具有良好的稳定性和特异性,并且实现了实际样品中凝血酶的高灵敏检测。2.香豆素-6敏化的嵌插型金属铱配合物在miRNA检测中的应用以C6作为环金属化配体,以二吡啶并[3,2-a:2',3'-c]吩嗪(dppz)作为辅助配体,设计合成了铱配合物光电材料[(C6)_2Ir(dppz)]~+PF_6~-,对其紫外-可见吸收光谱、电化学和光电化学性质进行了研究,并对其可能的光电机理进行了推测。结果表明,该配合物具有优异的光捕获性能,在485 nm处摩尔吸光系数高达9.8×10~4M~(-1)·cm~(-1),在可见光区域显示出灵敏且可再现的光电流响应:以O_2作为电子受体时,可观察到高达260 nA/cm~2的阴极光电流。通过DNA荧光发射滴定实验表明该配合物对ds-DNA具有强的嵌插能力。基于该铱配合物优异的PEC性能,并基于杂交链式反应放大策略构建了PEC生物传感器用于miRNA-122b的检测,具有较宽的线性范围1 fM-10~3 fM和较低的检测限0.23 fM,且具有较高的特异性、稳定性和良好的重复性。同时,对人乳腺癌细胞(具有高miRNA-122b表达的MCF-7)和人肝癌细胞(具有低miRNA-122b的HEPG-2)裂解液中的miRNA-122b进行了检测,该生物传感器对不同细胞中的miRNA-122b有良好的光电响应,这表明该PEC平台在复杂生物领域具有一定的应用前景。3.香豆素敏化的金属铱(Ⅲ)配合物在凝血酶检测中的应用将香豆素共价键合到邻菲罗啉上形成具有光捕获作用的辅助配体(C-Phen),以传统的苯基吡啶(hpba)作为主配体,合成了阳离子型铱配合物[(C-Phen)Ir(hpba)_2]~+PF_6~-,对其紫外-可见吸收光谱、电化学和光电化学性质进行了研究。结果表明,光捕获配体C-Phen提高了铱配合物电荷转移效率和光电流强度:在460 nm处具有强烈的吸收峰,摩尔吸光度ε=45000 M~(-1)·cm~(-1),大约是Ru(bpy)_3~(2+)(ε=22000 M~(-1)·cm~(-1))的2.5倍。基于其优异的光电性能,制备了以[(C-Phen)Ir(hpba)_2]~+PF_6~-作为信号输出的AuNPs纳米探针,并基于邻近效应和催化发夹自组装放大策略构建了PEC传感器实现了对凝血酶的灵敏检测,线性范围为10~-1010 M-10~-1212 M,检测限为0.69 pM,且具有良好的稳定性和特异性。 |
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