近年来，多种量子点用于构建高灵敏度的电致化学发光（Electrochemiluminescence, ECL）分析研究和应用中。量子点具有出色的纳米结构、多种发光颜色以及灵活的功能修饰特点。自2002年硅量子点的ECL性能被首次报道以来，已有十多种量子点作为ECL探针。但是由于量子点ECL的发光效率低、传感模式少、缺乏可视化检测等缺点，阻碍了基于量子点的ECL传感研究的发展。因此，研制具有良好电化学性能的新型量子点是ECL传感研究的迫切需要。同时，ECL作为材料的一种内在特性，可以用来评价量子点的发光功能和电光性能，尤其是有利于深入研究量子点的表面状态。
近日，吉林大学化学学院马强研究组通过精确调控量子点的带隙和纳米结构，并探索了表面等离子体放大耦合ECL（the amplified surface plasmon coupled-ECL，SPC-ECL）新策略，提高了氮化硼量子点在ECL生物传感研究中的性能：
（1）本研究利用氮化硼量子点的宽带隙特点，通过杂原子掺杂合成方法降低和调节量子点的带隙。根据量子点具有灵活的带隙可调性，分别采用硫脲和L-半胱氨酸作为不同的硫前驱体合成了两种硫调制型量子点。通过硫原子的加入，两种量子点的ECL效率、强度和稳定性都有了很大的提高。有趣的是，两种不同硫源调制的量子点表现出明显不同的电化学发光特性和电光活性（图1）。
图1. 不同硫源调制的量子点荧光与ECL性质特点
（2）基于SPC-ECL效应和量子点的不同ECL特性构建了一个双波长SPC-ECL传感器，并采用靶催化发夹组装（target-catalyzed hairpin assembly，CHA）检测方案对BRAF基因进行检测。可以观察到金纳米粒子附近的量子点ECL信号（620 nm）发生共振相互作用，产生表面等离子体耦合ECL现象，由此实现对量子点ECL信号的连续放大。随着靶DNA的增加，620 nm发射的ECL强度逐渐增强，535 nm发射的内参比ECL强度不变，完成了高灵敏度的比率型ECL传感检测（图2）。
图2. 双波长SPC-ECL传感体系
（3）该比率型传感体系的ECL强度和色彩变化情况也可以由智能手机直接捕获并完成ECL成像。随着目标DNA浓度的变化，很容易观察到量子点ECL信号和基于双量子点的比率传感系统的复合ECL颜色的转变（图3）。
图3. 量子点ECL信号的数字图像
本研究不仅提出了一种新的量子点-ECL传感和检测机制，而且还揭示了硫原子调节在提高量子点的ECL效率和电光活性中的作用。该工作近期发表于Analytical Chemistry，文章第一作者为吉林大学化学学院硕士研究生刘旸。
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Sulfur Regulated Boron Nitride Quantum Dots Electrochemiluminescence with Amplified Surface Plasmon Coupling Strategy for BRAF Gene Detection
Yang Liu, Mengke Wang, Yixin Nie, Qian Zhang, Qiang Ma
Anal. Chem., 2019, 91, 6250-6258, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b00965
导师介绍
马强
https://www.x-mol.com/university/faculty/10954
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