二氧化钛纳米管阵列电极电致化学发光性能研究及其对生物物质的检测

Electrochemiluminescence （ECL） exhibits the merits of both luminescence and electrochemistry analysis, and has been extensively employed in biosensors. Semiconductor nanocrystals（S-NCs） become one of the three main kinds of electrochemiluminescence luminophores due to their unique properties. ECL studies concerning S-NCs have attracted great attention for their unique electronic and optical properties, particularly II-VI S-NCs containing CdS, CdSe, and CdTe. One hurdle in these studies is that these cadmium chalcogenide materials for extensive application in biological systems are related to the toxicity of Cd2+ that resulted from the decomposition of the cadmium compounds, which are extremely toxic. And TiO2 nanomaterial is less toxic and more environmentally safe than cadmium chalcogenide materials. Due to its uniquely physical and chemical properties, such as high surface area, optical transparency, good biocompatibility, relatively good conductivity and the physiochemical inclination to selectively combine with some groups of molecules, it is now become an attractive material widely used in photocatalysis, watersplitting, dye-sensitized solar cells, photoelectrochemical sensors. In contrast to the broad application in photochemistry, the studies of TiO2 NPs in ECL are not energetic. The main issues are the low ECL intensity of TiO2 nanomaterials and the poor stability of the TiO2 nanomaterials film modified on electrodes. Many efforts have been made to obtain strong and stable emission from TiO2 nanomaterials. Thus, of particular interest and motivating the present work is finding the possibility of dopped TiO2 nanomaterials onto the ECL platform, with the aim to search for advanced ECL biosensing format.

电致化学发光（ECL）技术是目前分析化学领域研究非常活跃的一个分支，在生物传感分析方面具有广泛的应用前景。常见的用于ECL的半导体纳晶有CdS、CdSe、CdTe等。虽然这些半导体纳晶具有很好的ECL性能，但其毒性不可忽视，将其直接应用于活体检测有很大的困难，因而找出一种具有ECL性能并且毒性小的替代物有着重大的意义。TiO2纳米管阵列（TiO2 NTs）是一种化学性质稳定、比表面积大、量子效应高、对生物无毒的新型材料，具有良好的生物相容性，是沉积金属和无机有机材料的的良好载体。虽然TiO2 NTs在光电化学领域、电化学催化领域的应用研究较多，但关于其在电化学发光方面的应用研究很少。主要原因是TiO2纳米阵列管阵列较宽的带隙（～3.2eV），使其电子很难被激发，导致其电致化学发光性能不理想。本课题将对TiO2 NTs材料进行掺杂修饰改性，以提高其电致化学发光性能并将其应用于生物分析。

本项目对TiO2纳米管阵列掺杂复合材料在改性电致化学发光上的应用以及其多生物物质的检测开展了一些列的研究工作。TiO2纳米管阵列（TiO2 NTs）是一种化学性质稳定、比表面积大、量子效应高、对生物无毒的新型材料，具有良好的生物相容性，是沉积金属和无机有机材料的的良好载体。虽然TiO2 NTs在光电化学领域、电化学催化领域的应用研究较多，但关于其在电化学发光（ECL）方面的应用研究很少。主要原因是TiO2 NTs较宽的带隙（～3.2eV），使其电子很难被激发，导致其电致化学发光性能不理想。本项目TiO2 NTs材料进行掺杂修饰改性，以提高其ECL性能，进行了一下几个方面的研究工作：1.制备了TiO2 NTs负载石墨烯量子点复合材料电极，考察了其ECL性能，并应用于前列腺癌抗原的检测。2.将吡啶钌（Ru(bpy)32+）通过静电吸附的方式修饰到TiO2 NTs表面，制备了Ru(bpy)32+/ TiO2 NTs电极，该复合电极可用于水中胺类的检测。3.TiO2 NTs掺杂Ni原子，利用四氧化三铁磁性纳米粒子和Ni磁性之间的相互作用，检测前列腺癌抗原。本研究通过掺杂改性的方式，提高了TiO2 NTs的电致化学发光性能并对其机理进行了初步的研究，进而将其应用于一些列生物物质的检测，构建了新型生物传感检测平台。