组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
单链DNA(ssDNA)、免疫球蛋白G(IgG)、C反应蛋白(CRP)、过氧化氢(H2O2)、三丙胺(TPA)、草酸盐(oxalate)、氨基甲酸酯类农药(acephate、dimethoate)、甲基苯丙胺盐酸盐(methamphetamine hydrochloride)、海洛因(heroin)、凝血酶(thrombin)等；样品基质多为缓冲溶液、水样、食品/环境水样、MeCN释放液等
检测原理
ECL生物传感器中，电极在施加电位下氧化/还原ECL发光体与共反应剂，生成自由基或激发态并发光。以Ru(bpy)3^2+/TPA体系为例，电极氧化Ru(bpy)3^2+和TPA，TPA自由基与氧化态钌反应形成激发态Ru(bpy)3^2+*，退激发光。识别元件与目标物结合后，改变界面ECL标记数量、电子转移速率或质量传输：标记型体系中目标物捕获携带多个Ru/QDs/luminol的纳米载体，使光强随浓度升高；无标记免疫传感中抗原-抗体结合阻碍电子转移，使光强降低。QDs可通过电子注入/提取或共反应剂氧化还原形成激发态。纳米材料通过增大表面积、促进电子转移、负载多标签或作为发光体实现信号放大。
检测灵敏度
综述报道多组数值：LOD: 6.7×10-12 M；LOD: 1.2×10-10 M；LOD: 5.0×10−12 M；线性范围: 2.4×10-14 to 1.7×10-12 M；LOD: 9.0×10-15 M；LOD: 1.0 fM (1.0 × 10-15M)；LOD: 1.0×10−13 M；LOD: 20 nM TPA；LOD: 100 nM oxalate；LOD: 2.8 nM；线性范围: 1.2×10-4 to 1.0×10-3 M；线性范围: 2.5×10-7-6×10-5 M；LOD: 1.0×10-7 M；线性范围: 0.02-200 ng mL-1；LOD: 0.001 ng mL-1
效应效果
综述指出ECL无外部光源，避免散射光和杂质干扰，具有良好时空分辨与选择性。纳米材料可显著提高灵敏度与稳定性：Au NPs使BSA和IgG灵敏度分别提高10倍和6倍，DNA检测提高18倍；ABEI提高5倍；CNT修饰电极较硅/Nafion和纯Nafion分别提高2和3个数量级；PSB法CRP灵敏度较表面固定法提高约100倍。CdSe纳米晶H2O2传感器在10 μM时RSD为1.18%。部分Au NPs电极在高电位下因硫醇层或Au NPs氧化而稳定性下降；PSB法需MeCN释放标签，与商用ECL仪器兼容性有限。文中未统一报告实际样品加标回收率。作者认为纳米材料ECL生物传感器可媲美先进电化学和光学生物分析技术。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极、ITO、玻碳电极、铂电极、石蜡浸渍石墨电极(PIGE)，提供电子转移与ECL激发界面
- 纳米材料修饰层：金纳米颗粒(Au NPs)、碳纳米管(CNT)、Nafion、SiO2、Fe3O4、聚苯乙烯(PSB)，增大表面积、促进电子转移或固定识别/发光组分
- 识别元件：抗体、单链DNA探针(ssDNA)、适配体、乙醇脱氢酶(ADH)、生物素-亲和素体系，实现特异性识别
- 信号标记物：三(2,2'-联吡啶)钌(II) Ru(bpy)3^2+、Ru(bpy)2(dcbpy)NHS、鲁米诺(luminol)、荧光素(lucigenin)、ABEI、量子点(QDs, CdSe/ZnS)，产生ECL光信号
- 纳米载体/放大元件：Au NPs、CNT、PSB、SiO2纳米颗粒、磁性纳米颗粒，负载多个ECL标签实现信号放大
- 共反应剂/电子供体：三丙胺(TPA)、过硫酸钾(K2S2O8)，参与ECL反应生成激发态
- 读出系统：ECL检测仪、毛细管电泳-ECL(CE-ECL)、HPLC-ECL、微全分析系统，记录光强变化
中文摘要
电化学发光（又称电致化学发光，缩写ECL）指在电极表面生成物种后发生电子转移反应形成激发态并发光。ECL生物传感器兼具生物识别元件的选择性和ECL技术的高灵敏度，是超灵敏生物分子检测与定量的有力工具。纳米材料因独特理化性质在生物传感器领域备受关注，可制备出高灵敏、高稳定的新型传感器。金属、半导体、碳或聚合物来源的纳米颗粒和纳米管等纳米材料，可用作电极修饰材料、ECL标记物载体或ECL发光物种，从而增强ECL生物传感器效率。本文重点综述2004—2008年纳米材料在ECL生物传感器中的应用，并讨论其应用前景。
英文摘要
Electrogenerated chemiluminescence (also called electrochemiluminescence and abbreviated ECL) involves the generation of species at electrode surfaces that then undergo electron-transfer reactions to form excited states that emit light. ECL biosensor, combining advantages offered by the selectivity of the biological recognition elements and the sensitivity of ECL technique, is a powerful device for ultrasensitive biomolecule detection and quantification. Nanomaterials are of considerable interest in the biosensor field owing to their unique physical and chemical properties, which have led to novel biosensors that have exhibited high sensitivity and stability. Nanomaterials including nanoparticles and nanotubes, prepared from metals, semiconductor, carbon or polymeric species, have been widely investigated for their ability to enhance the efficiencies of ECL biosensors, such as taking as modification electrode materials, or as carrier of ECL labels and ECL-emitting species. Particularly useful application of nanomaterials in ECL biosensors with emphasis on the years 2004-2008 is reviewed. Remarks on application of nanomaterials in ECL biosensors are also surveyed.