席 強(qiáng),王 捷,陳 鈺,劉仲明
(1.廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)科,廣東廣州 510010; 2.華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,廣東廣州 510006)
量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光及其在生物分析中的應(yīng)用
席 強(qiáng)1,2,王 捷1*,陳 鈺1,劉仲明1
(1.廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)科,廣東廣州 510010; 2.華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,廣東廣州 510006)
量子點(diǎn)作為一種新型的電化學(xué)發(fā)光體具有獨(dú)特的理化性質(zhì),是電化學(xué)發(fā)光分析領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一.本文簡(jiǎn)要介紹了量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光的機(jī)理,回顧了近幾年來(lái)功能化量子點(diǎn)作為電化學(xué)發(fā)光體在免疫分析、核酸分析、適體分析、細(xì)胞表面聚糖分析等方面的應(yīng)用,并對(duì)其今后的發(fā)展方向作了展望.
量子點(diǎn);電化學(xué)發(fā)光;機(jī)理;免疫分析;核酸分析
電化學(xué)發(fā)光(Electrochemiluminescence,ECL),又稱(chēng)電致化學(xué)發(fā)光,是指在電極上施加一定的電壓形成電生物質(zhì),電生物質(zhì)之間或電生物質(zhì)與體系中某些組分之間通過(guò)電子轉(zhuǎn)移生成激發(fā)態(tài),不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)在躍遷回基態(tài)的過(guò)程中輻射出光子的現(xiàn)象[1].與光致發(fā)光相比,電化學(xué)發(fā)光作為一種新的分析技術(shù),其主要的優(yōu)點(diǎn)是不需要外部光源.這樣就避免了雜質(zhì)光和光散射的問(wèn)題,提高了檢測(cè)的靈敏度[2].ECL分析技術(shù)由于集成了電化學(xué)電位可控性和化學(xué)發(fā)光分析的高靈敏度的優(yōu)點(diǎn),已成為一種強(qiáng)有力的分析技術(shù).
自2002年BARD課題組[3]首次于《Science》上報(bào)道了硅量子點(diǎn)(Si Quantum Dots,Si QDs)在有機(jī)溶液中的電化學(xué)發(fā)光以來(lái),基于量子點(diǎn)的電化學(xué)發(fā)光體系引起了廣泛的關(guān)注.許多不同尺寸和形狀的量子點(diǎn),如CdS[4]、CdSe[5]、CdTe[6]、ZnS[7]等不僅在有機(jī)相中,而且在水溶液中也能產(chǎn)生電化學(xué)發(fā)光.與傳統(tǒng)的電化學(xué)發(fā)光體系相比,基于量子點(diǎn)的電化學(xué)發(fā)光更具可控性,體系也更加溫和,在免疫分析、核酸探針?lè)治?、適體分析等方面獲得了越來(lái)越多的關(guān)注.
量子點(diǎn)作為新型的ECL發(fā)光體,發(fā)光性質(zhì)與其表面狀態(tài)及尺寸有著較大的關(guān)系[8].電子和空穴可通過(guò)電化學(xué)氧化還原過(guò)程注入量子點(diǎn)的表面或中心導(dǎo)帶,進(jìn)而產(chǎn)生ECL輻射.與經(jīng)典的[Ru(bpy)3]2+/TPrA體系電化學(xué)發(fā)光機(jī)理類(lèi)似,量子點(diǎn)的電化學(xué)發(fā)光機(jī)理也主要有自由基湮滅和共反應(yīng)物參與兩種.
當(dāng)對(duì)電極施加雙階躍正負(fù)脈沖電勢(shì)時(shí),在電極附近將會(huì)同時(shí)產(chǎn)生氧化態(tài)和還原態(tài)的QDs,二者相互碰撞形成激發(fā)態(tài)QDs*和基態(tài)QDs,激發(fā)態(tài)的QDs在返回基態(tài)的弛豫過(guò)程中輻射出光子.這種反應(yīng)一般被稱(chēng)作“自由基湮滅”反應(yīng),其機(jī)理如下:
基于這類(lèi)反應(yīng)機(jī)理的量子點(diǎn)常在有機(jī)溶劑中進(jìn)行,主要有CdSe[9]、CdTe[10]、PbS[11]、Si[3]等.其中,Si量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光體系是湮滅型量子點(diǎn)ECL體系的一個(gè)典型例子.BARD研究小組[3]發(fā)現(xiàn),在乙氰溶液中對(duì)鉑金電極同時(shí)施加氧化和還原電勢(shì)時(shí),Si QDs在陽(yáng)極氧化生成QDs·+,在陰極還原生成QDs·-.電極附近擴(kuò)散層中的這兩種電生產(chǎn)物相互碰撞發(fā)生湮滅反應(yīng),形成激發(fā)態(tài)的Si QDs*,Si QDs*返回基態(tài)時(shí)在620 nm處釋放光子.對(duì)于這種湮滅反應(yīng),需要同時(shí)存在氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物,并且要求氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物具有足夠的穩(wěn)定性以便彼此碰撞產(chǎn)生激發(fā)態(tài)分子.
在共反應(yīng)物存在的條件下,量子點(diǎn)的電化學(xué)發(fā)光通常只需對(duì)電極施加單一的電勢(shì)即可.共反應(yīng)物是一些在氧化或還原時(shí)可以產(chǎn)生具有強(qiáng)還原性或強(qiáng)氧化性的中間體物質(zhì),產(chǎn)生的中間體能和電化學(xué)發(fā)光體系中的氧化性或還原性量子點(diǎn)生成激發(fā)態(tài)分子,如、TPrA[12]、DBAE[13]、、等.由于湮滅型量子點(diǎn)ECL體系要求同時(shí)產(chǎn)生氧化態(tài)和還原態(tài),而水溶液中能允許的電勢(shì)跨度太小,因此該體系常常要求純凈的無(wú)水無(wú)氧環(huán)境,不利于進(jìn)一步的應(yīng)用研究.而共反應(yīng)物的存在則能很好地克服這些缺點(diǎn),因此該類(lèi)型ECL反應(yīng)體系目前應(yīng)用最廣泛.以“氧化-還原”型的QDs/DBAE電化學(xué)發(fā)光體系為例[13],其反應(yīng)過(guò)程可表述如下:
與TPrA、DBAE等“氧化-還原”型共反應(yīng)物體系不同的是,在“還原-氧化”型共反應(yīng)物體系中,共反應(yīng)物和QDs均被還原,還原后的共反應(yīng)劑形成強(qiáng)氧化物并將還原性的QDs氧化形成激發(fā)態(tài),激發(fā)態(tài)在返回基態(tài)的過(guò)程中釋放出光子.參與該類(lèi)型反應(yīng)體系的陰極共反應(yīng)物主要有、H2O2、CH2Cl2等.以/QDs共反應(yīng)物體系為例,其反應(yīng)過(guò)程為:[4]:
免疫分析是一種常用的生物分析方法,它主要是基于抗體(或抗原)作為選擇性試劑來(lái)分析和測(cè)定各種抗原(或抗體)及半抗原以及能發(fā)生免疫反應(yīng)的多種生物活性物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、激素、抗生素和藥物等),具有非常高的選擇性和靈敏性.根據(jù)在反應(yīng)中是否將QDs標(biāo)記于抗體(或抗原)上可將其分為非標(biāo)記免疫分析和標(biāo)記免疫分析兩大類(lèi)[18].
立體障礙策略是QDs非標(biāo)記型免疫分析中最常用的方法.該方法是基于免疫反應(yīng)后形成的絕緣復(fù)合物阻礙共反應(yīng)物與電極之間的電子傳遞,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分析物的靈敏檢測(cè).JIE等[4]利用半胱胺自組裝技術(shù)和金納米顆粒(Au-NPs)的信號(hào)放大策略,將巰基乙酸(Thioglycolic Acid,TGA)修飾的CdS量子點(diǎn)固定于金電極表面,發(fā)展了一種用于檢測(cè)低密度脂蛋白(LDL)的非標(biāo)記型QDs-ECL免疫傳感器(圖1).當(dāng)存在LDL時(shí),其與QDs表面的ApoB-100反應(yīng)形成免疫復(fù)合物絕緣層阻礙溶液中的S2O82-與金電極之間的電子傳遞,從而導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度的降低.該方法的線(xiàn)性范圍為0.025~16μg·L-1,最低檢測(cè)限(LOD)為6ng·L-1.為了進(jìn)一步拓寬該類(lèi)免疫傳感器的線(xiàn)性范圍和提高其靈敏度,隨后該課題組[19]利用碳納米管(CNT)良好的導(dǎo)電性和殼聚糖(CHIT)優(yōu)良的成膜性將CdSe量子點(diǎn)固定于工作電極表面.交聯(lián)劑3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)的加入使得該方法的LOD低至1ng·L-1.除了APTES,交聯(lián)劑聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)也被用于傳感界面的修飾,結(jié)合納米材料的信號(hào)放大作用使得對(duì)人免疫球蛋白G(Human Immunoglobulin G,HIgG)的LOD低至0.6ng·L-1[20].
圖1 生物傳感器的組裝及LDL的結(jié)合示意圖[4]Fig.1 Schematic diagram for the biosensor fabrication and LDL binding
相對(duì)于非標(biāo)記免疫分析,基于QDs的標(biāo)記免疫分析更多的是采用夾心免疫模式.各種納米材料[21-22]被廣泛用來(lái)負(fù)載信號(hào)抗體,并以此用于免疫夾心分析的信號(hào)示蹤.這種方法使得單個(gè)生物識(shí)別事件所結(jié)合的電化學(xué)發(fā)光標(biāo)記物大大增加,從而使得其靈敏度較傳統(tǒng)的單標(biāo)記ECL免疫方法有了很大的提高,檢測(cè)限大大降低.最近,QIAN等[23]利用Si納米球良好的生物相容性和較大的比表面積,以此來(lái)負(fù)載CdTe量子點(diǎn)和二抗,實(shí)現(xiàn)了對(duì)腫瘤標(biāo)志物的高靈敏度、低檢測(cè)限的分析.與僅用CdTe QDs作為單標(biāo)記相比,ECL強(qiáng)度提高了約6.6倍.該免疫傳感器對(duì)IgG的檢測(cè)下限可達(dá)1.3ng·L-1.ZHANG等[24]設(shè)計(jì)合成了一種多孔的PtRu合金,并將其用作CdTe量子點(diǎn)的信號(hào)放大載體,使得對(duì)人絨毛膜促性腺激素(Human Chorionic Gonadotropin,HCG)的檢測(cè)限低至0.8ng·L-1.石墨烯與碳納米管一樣具有良好的導(dǎo)電性和高的比表面積,可負(fù)載更多的信號(hào)分子,從而提高檢測(cè)靈敏度[25].LIU等[22]以金磁納米顆粒(MPNs)和經(jīng)PDDA和QDs修飾的石墨烯分別作為一抗和二抗載體,構(gòu)建了一種用于腫瘤標(biāo)志物CA125檢測(cè)的“三明治”型免疫傳感器(見(jiàn)圖2).這種借助磁珠的超順磁性的分析方法,使得免疫復(fù)合物的分離和富集變得更加便捷,同時(shí)也使檢測(cè)靈敏度得到了進(jìn)一步的提高.
在各種各樣的核酸檢測(cè)技術(shù)中,基于ECL生物傳感器的方法由于其應(yīng)用范圍廣、儀器簡(jiǎn)單、時(shí)空可控性好而受到廣泛的關(guān)注[26-27].常以QDs作為發(fā)光劑與生物識(shí)別分子(如ssDNA或親和素)相連,進(jìn)行核酸ECL分析.例如,將DNA探針的一端通過(guò)Au-S鍵固定于Au電極上,然后與生物素化的目標(biāo)DNA雜交,最后加入親和素化的量子點(diǎn)[28](見(jiàn)圖3).如存在目標(biāo)DNA,則經(jīng)HNO3溶解的Cd2+在S2O82-溶液中將會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象.這種基于ECL信號(hào)增強(qiáng)的生物傳感器與目標(biāo)DNA在0.005~5μmol·L-1的濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線(xiàn)性關(guān)系,其LOD可達(dá)10pmol·L-1.
圖2 基于磁珠和石墨烯的電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器組裝過(guò)程示意圖[22]Fig.2 Schematic representation of the fabrication of electrochemiluminescence immunosensor based on magnetic beads and graphenes
圖3 基于量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光檢測(cè)目標(biāo)DNA的一般方法[28]Fig.3 An ordinary method for detection of target DNA based on quantum dots electrochemiluminescence
利用分子生物學(xué)的方法對(duì)樣品中檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行信號(hào)放大可實(shí)現(xiàn)分析方法的高靈敏度,甚至達(dá)到單分子檢測(cè)的要求.目前基于分子生物學(xué)方法的信號(hào)放大策略主要包括滾環(huán)擴(kuò)增(RCA)[29]、剪切酶放大技術(shù)[30]、等溫循環(huán)擴(kuò)增[31]等.例如,ZHOU等[32]通過(guò)使用雙納米粒子標(biāo)記的三重DNA探針和等溫循環(huán)擴(kuò)增技術(shù),構(gòu)建了一種高靈敏度、高特異性檢測(cè)單核苷酸多態(tài)性的QDs-ECL傳感器(見(jiàn)圖4).在含有共反應(yīng)物S2O82-溶液及存在突變DNA(mutant DNA,mDNA)的情況下,由于mDNA與三重莖環(huán)DNA具有較強(qiáng)的結(jié)合自由能,致使三重莖環(huán)DNA構(gòu)象改變以及Probe 2的分離,最終解除金納米粒子(Au NPs)和CdTe對(duì)CdS的猝滅作用,同時(shí)也觸發(fā)了后續(xù)的聚合反應(yīng).在鏈置換和Nb.BbvCⅠ內(nèi)切酶(一種能識(shí)別并切割特異的雙鏈DNA序列的內(nèi)切核酸酶)作用下,mDNA得到了極大地?cái)U(kuò)增并導(dǎo)致ECL信號(hào)的增強(qiáng).利用該策略所構(gòu)建的ECL-SNP傳感器的LOD可低達(dá)35amol·L-1.其創(chuàng)新地在兩種探針上連接上了兩個(gè)猝滅劑,使背景信號(hào)變得更低,在Klenow聚合酶和Nb.BbvCⅠ內(nèi)切酶作用下使得目標(biāo)mDNA不斷地被循環(huán)放大.
核酸適體(aptamer)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)新型識(shí)別分子,由于具有相對(duì)分子質(zhì)量小、可化學(xué)合成、穩(wěn)定性好、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn),而引起了廣泛關(guān)注[33].同目前生物分析中常用的抗體相比,aptamer與靶標(biāo)結(jié)合的特異性及親和力與抗體相當(dāng)甚至更強(qiáng).由于它折疊后形成的特定三維結(jié)構(gòu)能與特定靶標(biāo),如激素、蛋白質(zhì)、小分子結(jié)合,所以近年來(lái)在QDs-ECL分析中受到越來(lái)越多的關(guān)注[34].HUANG等[35]構(gòu)建了一種基于量子點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)型核酸適體ECL傳感器用于小分子物質(zhì)ATP的檢測(cè)(見(jiàn)圖5).在金電極上,親和素化的CdSe/ZnS核-殼式量子點(diǎn)與生物素化的cDNA相連并與ATP競(jìng)爭(zhēng)性地結(jié)合anti-ATP適配體探針.在共反應(yīng)物S2溶液中,ECL強(qiáng)度的降低與ATP濃度在0.018~90.72μmol·L-1范圍內(nèi)呈良好的線(xiàn)性關(guān)系.雖然該方法的檢測(cè)靈敏度有待提高,但具有很高的特異性.此外,也拓寬了QDs-ECL分析應(yīng)用范圍.通過(guò)類(lèi)似的方法,該課題組[34]又對(duì)溶菌酶進(jìn)行了檢測(cè).此外,方禹之課題組[36]通過(guò)電沉積CTS-CdS QDs到碳納米管(CNTs)上再結(jié)合aptamer構(gòu)建了一種免標(biāo)記的QDs-ECL傳感器用于凝血酶檢測(cè).此種核酸適體傳感器避免了繁瑣的標(biāo)記過(guò)程,具有構(gòu)建簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn).
圖5 量子點(diǎn)電化學(xué)發(fā)光核酸適體傳感器的制備過(guò)程[35]Fig.5 Schematic representation of the fabrication of aptasensor based on QDs-ECL
圖4 (A)三重莖環(huán)DNA探針的制備(B)基于雙納米粒子標(biāo)記的三重莖環(huán)DNA探針和等溫循環(huán)擴(kuò)增技術(shù)檢測(cè)mDNA的示意圖[32]Fig.4 (A)Preparation of triple-stem DNA probe(B)Schematic representation of nanomaterial and isothermal circular-assisted triple-stem DNA probe assisted ECL signal amplification for amplified assay of mDNA
多糖是細(xì)胞表面糖脂和糖蛋白的重要組成成分,在細(xì)胞粘附、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫應(yīng)答以及腫瘤的生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移等方面具有重要作用[37].目前,對(duì)于細(xì)胞表面多糖的檢測(cè),主要是基于其與凝集素的特異性識(shí)別行為來(lái)進(jìn)行的.HAN等[38]利用凝集素對(duì)細(xì)胞表面聚糖的特異性識(shí)別及功能化CdSe QD作為ECL發(fā)光劑構(gòu)建了一種新穎的用于監(jiān)測(cè)活細(xì)胞表面聚糖動(dòng)態(tài)表達(dá)的QDs-ECL細(xì)胞傳感器.細(xì)胞表面多糖量的多少與ECL信號(hào)強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)呈反比關(guān)系.由于量子點(diǎn)具有較大的斯托克斯位移,發(fā)射光譜窄,因此可被用作電化學(xué)發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移(RET)的供體.陳洪淵課題組[39]設(shè)計(jì)了一種利用CdS QDs-[Ru(bpy)3]2+作為供體-受體對(duì)進(jìn)行ECL-RET的傳感策略用于檢測(cè)SMMC-7721細(xì)胞(見(jiàn)圖6).當(dāng)[Ru(bpy)3]2+標(biāo)記的SMMC-7721細(xì)胞通過(guò)免疫反應(yīng)被捕獲到CdS量子點(diǎn)修飾的玻碳電極(GCE)上時(shí),通過(guò)供體-受體之間的ECL-RET將會(huì)使[Ru(bpy)3]2+在620nm處產(chǎn)生另一個(gè)ECL峰.該方法對(duì)SMMC-7721細(xì)胞的檢測(cè)下限可達(dá)12.5cells ·mL-1.隨后該研究小組[40]利用類(lèi)似的策略構(gòu)建了一種芯片微分析平臺(tái)用于癌細(xì)胞表面多種腫瘤標(biāo)志物的快速分析.
除了以上基于生物分子間特異性識(shí)別策略來(lái)構(gòu)建的傳感方法外,一些利用目標(biāo)分析物或其產(chǎn)物對(duì)ECL體系具有明顯抑制效應(yīng)的分析方法也被用于QDs-ECL生物傳感器的設(shè)計(jì)[41-43].例如LIU等[15]首次利用作為CdTe QDs的共反應(yīng)物,酪氨酸酶催化反應(yīng)產(chǎn)物作為湮滅劑,構(gòu)建了一種超靈敏的ECL分析方法用于酪氨酸的檢測(cè).激發(fā)態(tài)的CdSe QDs與酪氨酸酶催化產(chǎn)物苯醌之間通過(guò)能量轉(zhuǎn)移而發(fā)生湮滅,從而導(dǎo)致ECL強(qiáng)度的顯著降低.該方法對(duì)酪氨酸的檢測(cè)下限可達(dá)0.1pmol·L-1.隨后該課題組[44]又發(fā)現(xiàn)多巴胺的氧化產(chǎn)物對(duì)/CdSe QDs電化學(xué)發(fā)光體系具有強(qiáng)烈抑制作用,從而發(fā)展了一種具有良好選擇性并可用于多巴胺檢測(cè)的抑制型QDs-ECL分析方法.
圖6 基于ECL能量共振轉(zhuǎn)移檢測(cè)細(xì)胞表達(dá)的β2M的電化學(xué)發(fā)光生物傳感器示意圖[39]Fig.6 Schematic representation of ECL biosensor based on ECL-RET for determination ofβ2Mexpressed cells
QDs因其優(yōu)異的理化性質(zhì)而逐漸成為生物分析領(lǐng)域極具競(jìng)爭(zhēng)力的ECL發(fā)光劑,尤其是其尺寸可控的發(fā)光行為使得量子點(diǎn)可用于多組分生物分析,但同時(shí)也面臨一些諸如生物毒性、靈敏度偏低、非特異性結(jié)合、工作電位較高等很多實(shí)際問(wèn)題.利用低毒性的生物相容性分子對(duì)QDs進(jìn)行包裹修飾,或合成低毒(或非毒性)的量子點(diǎn)(如碳量子點(diǎn)、石墨烯量子點(diǎn)、金屬納米簇等)并研究其相關(guān)的ECL機(jī)理將成為今后QDs-ECL生物傳感器研究的重點(diǎn).在信號(hào)放大方面,隨著納米科技與生物技術(shù)的迅猛發(fā)展,將一些新型的納米材料(如多孔Si納米球、樹(shù)狀聚合物、石墨烯等)和生物放大技術(shù)(如滾環(huán)擴(kuò)增、等溫循環(huán)擴(kuò)增、剪接酶放大等)結(jié)合起來(lái),將是目前QDs-ECL在生物分析中的一個(gè)重要趨勢(shì).通過(guò)與核酸適體技術(shù)相結(jié)合,QDs-ECL可以高選擇性地檢測(cè)小分子、蛋白質(zhì)和其它生物分子.總之,QDs-ECL分析技術(shù)在臨床診斷、藥物分析、食品檢測(cè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用將促使QDs-ECL不斷向著高通量、多組分、集成化、微型化以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方向發(fā)展.
[1]MIAO Wujian.Electrogenerated chemiluminescence and its biorelated applications[J].Chem Rev,2008,108(7):2506-2553.
[2]HU Lianzhe,XU Guobao.Applications and trends in electrochemiluminescence[J].Chem Soc Rev,2010,39(8):3275-3304.
[3]DING Zhifeng,QUINN B M,HARAM S K,et al.Electrochemistry and electrogenerated chemiluminescence from silicon nanocrystal quantum dots[J].Science,2002,296(5571):1293-1297.
[4]JIE Guifen,LIU Bo,PAN Hongcheng,et al.CdS nanocrystal-based electrochemiluminescence biosensor for the detection of low-density lipoprotein by increasing sensitivity with gold nanoparticle amplification[J].Anal Chem,2007,79(15):5574-5581.
[5]JIE Guifen,HUANG Haiping,SUN Xiaolian,et al.Electrochemiluminescence of CdSe quantum dots for immunosensing of human prealbumin[J].Biosens Bioelectron,2008,23(12):1896-1899.
[6]LIANG Guodong,LIU Shufeng,ZOU Guizheng,et al.Ultrasensitive immunoassay based on anodic near-infrared electrochemiluminescence from dual-stabilizer-capped CdTe nanocrystals[J].Anal Chem,2012,84(24):10645-10649.
[7]WANG Xiaofei,XU Jingjuan,CHEN Hongyuan.A new electrochemiluminescence emission of Mn2+-doped ZnS nanocrystals in aqueous solution[J].J Phys Chem C,2008,112(45):17581-17585.
[8]BARD A J,DING Zhifeng,MYUNG N.Electrochemistry and electrogenerated chemiluminescence of semiconductor nano-crystals in solutions and in films[M].Semiconductor Nanocrystals and Silicate Nanoparticles.Springer,2005:1-57.
[9]MYUNG N,DING Zhifeng,BARD A J.Electrogenerated chemiluminescence of CdSe nanocrystals[J].Nano Lett,2002,2(11):1315-1319.
[10]YOONJUNG B,MYUNG N,BARD A J.Electrochemistry and electrogenerated chemiluminescence of CdTe nanoparticles[J].Nano Lett,2004,4(6):1153-1161.
[11]SUN Liangfeng,BAO Lei,HYUN B R,et al.Electrogenerated chemiluminescence from PbS quantum dots[J].Nano Lett,2009,9(2):789-793.
[12]OMER K M,BARD A J.Electrogenerated chemiluminescence of aromatic hydrocarbon nanoparticles in an aqueous solution[J].J Phys Chem C,2009,113(27):11575-11578.
[13]ZHANG Lihua,ZOU Xiangqin,YING Erbo,et al.Quantum dot electrochemiluminescence in aqueous solution at lower potential and its sensing application[J].J Phys Chem C,2008,112(12):4451-4454.
[14]LIU Xuan,ZHANG Yangyang,LEI Jianping,et al.Quantum dots based electrochemiluminescent immunosensor by coupling enzymatic amplification with self-produced coreactant from oxygen reduction[J].Anal Chem,2010,82(17):7351-7356.
[15]LIU Xuan,JU Huangxian.Coreactant enhanced anodic electrochemiluminescence of CdTe quantum dots at low potential for sensitive biosensing amplified by enzymatic cycle[J].Anal Chem,2008,80(14):5377-5382.
[16]LIN Zhenyu,CHEN Lifen,ZHU Xi,et al.Signal-on electrochemiluminescence biosensor for thrombin based on targetinduced conjunction of split aptamer fragments[J].Chem Commun,2010,46(30):5563-5565.
[17]WU Li,WANG Jiasi,REN Jinsong,et al.Highly sensitive electrochemiluminescent cytosensing using carbon nanodot@Ag hybrid material and graphene for dual signal amplification[J].Chem Commun,2013,49(50):5675-5677.
[18]李玲玲,盧倩,朱俊杰.基于量子點(diǎn)的電致化學(xué)發(fā)光免疫傳感器研究進(jìn)展[J].電化學(xué),2013,19(002):103-109.
[19]JIE Guifen,ZHANG Jingjing,WANG Danchen,et al.Electrochemiluminescence immunosensor based on CdSe nanocomposites[J].Anal Chem,2008,80(11):4033-4039.
[20]JIE Guifen,LI Lingling,CHEN Chao,et al.Enhanced electrochemiluminescence of CdSe quantum dots composited with CNTs and PDDA for sensitive immunoassay[J].Biosens Bioelectron,2009,24(11):3352-3358.
[21]ZHOU Hankun,GAN Ning,LI Tianhua,et al.The sandwich-type electrochemiluminescence immunosensor for alpha-fetoprotein based on enrichment by Fe3O4-Au magnetic nano probes and signal amplification by CdS-Au composite nanoparticles labeled anti-AFP[J].Anal Chim Acta,2012,746(9):107-113.
[22]LIU Weiyan,ZHANG Yan,GE Shenguang,et al.Core-shell Fe3O4-Au magnetic nanoparticles based nonenzymatic ultrasensitive electrochemiluminescence immunosensor using quantum dots functionalized graphene sheet as labels[J].Anal Chim Acta,2013,770(3):132-139.
[23]QIAN Jing,ZHANG Chunyan,CAO Xiaodong,et al.Versatile immunosensor using aquantum dot coated silica nanosphere as a label for signal amplification[J].Anal Chem,2010,82(15):6422-6429.
[24]ZHANG Yan,GE Shengguang,WANG Shaowei,et al.Magnetic beads-based electrochemiluminescence immunosensor for determination of cancer markers using quantum dot functionalized PtRu alloys as labels[J].Analyst,2012,137(9):2176-2182.
[25]CHEN Yu,WANG Jie,LIU Zhongming.Graphene and its derivative-based biosensing systems[J].Chin J Anal Chem,2012,40(11):1772-1779.
[26]張帆,陳紅,何品剛,等.脫氧核糖核酸電致化學(xué)發(fā)光傳感技術(shù)的研究[J].分析化學(xué),2013,41(1):1-9.
[27]HU Xiaofei,WANG Rongyue,DING Yi,et al.Electrochemiluminescence of CdTe quantum dots as labels at nanoporous gold leaf electrodes for ultrasensitive DNA analysis[J].Talanta,2010,80(5):1737-1743.
[28]HUANG Haiping,Li Jingjing,TAN Yanglan,et al.Quantum dot-based DNA hybridization by electrochemiluminescence and anodic stripping voltammetry[J].Analyst,2010,135(7):1773-1778.
[29]CHENG Wei,YAN Feng,DING Lin,et al.Cascade signal amplification strategy for subattomolar protein detection by rolling circle amplification and quantum dots tagging[J].Anal Chem,2010,82(8):3337-3342.
[30]ZHOU Hong,ZHANG Yanyan,LIU Jing,et al.Efficient quenching of electrochemiluminescence from K-doped graphene-CdS:Eu NCs by G-quadruplex-h(huán)emin and target recycling-assisted amplification for ultrasensitive DNA biosensing[J].Chem Commun,2013,49(22):2246-2248.
[31]ZHOU Hong,LIU Jing,Xu Jingjuan,et al.Ultrasensitive DNA detection based on Au nanoparticles and isothermal cir-cular double-assisted electrochemiluminescence signal amplification[J].Chem Commun,2011,47(29):8358-8360.
[32]ZHOU Hong,LIU Jing,XU Jingjuan,et al.Highly sensitive electrochemiluminescence detection of single-nucleotide polymorphisms based on isothermal cycle-assisted triple-stem probe with dual-nanoparticle label[J].Anal Chem,2011,83(21):8320-8328.
[33]ZHANG Jianni,LIU Bo,LIU Huixia,et al.Aptamer-conjugated gold nanoparticles for bioanalysis[J].Nanomedicine,2013,8(6):983-993.
[34]HUANG Haiping,JIE Guifen,CUI Rongjing,et al.DNA aptamer-based detection of lysozyme by an electrochemiluminescence assay coupled to quantum dots[J].Electrochem Commun,2009,11(4):816-818.
[35]HUANG Haiping,TAN Yanglan,SHI Jianjun,et al.DNA aptasensor for the detection of ATP based on quantum dots electrochemiluminescence[J].Nanoscale,2010,2(4):606-612.
[36]YANG Lizhu,ZHU Jing,XU Ying,et al.Electrochemiluminescence aptamer biosensor for detection of thrombin based on CdS QDs/ACNTs electrode[J].Electroanalysis,2011,23(4):1007-1012.
[37]OHTSUBO K,MARTH J D.Glycosylation in cellular mechanisms of health and disease[J].Cell,2006,126(5):855-867.
[38]HAN En,DING Ling,LIAN Hongzhen,et al.Cytosensing and dynamic monitoring of cell surface carbohydrate expression by electrochemiluminescence of quantum dots[J].Chem Commun,2010,46(30):5446-5448.
[39]WU Meisheng,SHI Haiwei,XU Jingjuan,et al.CdS quantum dots/[Ru(bpy)3]2+electrochemiluminescence resonance energy transfer system for sensitive cytosensing[J].Chem Commun,2011,47(27):7752-7754.
[40]WU Meisheng,SHI Haiwei,HE Lijing,et al.Microchip device with 64-site electrode array for multiplexed immunoassay of cell surface antigens based on electrochemiluminescence resonance energy transfer[J].Anal Chem,2012,84(9):4207-4213.
[41]LI Jiezhen,WANG Niya,TRAN T T,et al.Electrogenerated chemiluminescence detection of trace level pentachlorophenol using carbon quantum dots[J].Analyst,2013,138(7):2038-2043.
[42]JIANG Hui,WANG Xuemei.Anodic electrochemiluminescence of CdSe nanoparticles coreacted with tertiary amine and halide induced quenching effect[J].Electrochem Commun,2009,11(6):1207-1210.
[43]LIU Xuan,GUO Liang,CHENG Lingxiao,et al.Determination of nitrite based on its quenching effect on anodic electrochemiluminescence of CdSe quantum dots[J].Talanta,2009,78(3):691-694.
[44]XUAN Liu,CHENG Lingxiao,LEI Jianping,et al.Dopamine detection based on its quenching effect on the anodic electrochemiluminescence of CdSe quantum dots[J].Analyst,2008,133(9):1161-1163.
Electrochemiluminescence of quantum dots and their applications in bioassay
XI Qiang1,2,WANG Jie1*,CHEN Yu1,LIU Zhongming1
(1.DepartmentofMedicalResearch,GeneralHospitalofGuangzhouMilitaryCommand,Guangzhou510010,Guangdong,China;2.SchoolofBioscienceandBioengineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510006,Guangdong,China)
As a type of new electrochemiluminescence emitters with unique chemical and physical properties,quantum dots have become a spotlight in the area of electrochemiluminescence analysis.In this paper,the basic electrochemiluminescence mechanisms of quantum dots are briefly described,and their analytical applications in immunoassay,DNA analysis,aptasensing and cytosensing are reviewed.Furthermore,the development trend of quantum dot electrochemiluminescence is prospected.
quantum dots;electrochemiluminescence;mechanism;immunoassay;DNA analysis
O 657.1
A
1008-1011(2014)02-0209-08
2013-12-06.
廣東省教育廳產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目(2010B090400187);廣東省科技基礎(chǔ)條件建設(shè)項(xiàng)目(2012B060100005).
席強(qiáng)(1988-),男,碩士生,研究方向?yàn)殡娀瘜W(xué)發(fā)光生物傳感器.*
,E-mail:jiew@tom.com.