電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器研究

楊博凱　劉金龍

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國在各領(lǐng)域的科研都取得了較大得成果，同時(shí)多領(lǐng)域的學(xué)科交叉研究也正在逐漸成為科學(xué)家們的發(fā)展研究的新方向，尤其是在生物、化學(xué)、物理等方面的相互交叉研究更是取得了較大的成就。電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器研究是科學(xué)家們將電化學(xué)發(fā)光分析與生物免疫傳感器技術(shù)的又一學(xué)科交叉研究的成果。電化學(xué)發(fā)光主要是對免疫系統(tǒng)、生物活性酶進(jìn)行研究分析，而電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器的研究成果在目前的現(xiàn)狀中主要是在臨床領(lǐng)域具有較明顯的成效。鑒于此，本文將主要從電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器的研究現(xiàn)狀和運(yùn)用分析，尋求電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器的進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新與改革，以求其能在更多領(lǐng)域中發(fā)揮作用。

關(guān)鍵詞：計(jì)電化學(xué)發(fā)光；免疫傳感器；研究進(jìn)展；改革創(chuàng)新

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.120

電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器是一項(xiàng)在電化學(xué)發(fā)光技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，結(jié)合免疫學(xué)的有關(guān)的專業(yè)知識，通過它們的內(nèi)在的聯(lián)系所創(chuàng)造出來的具有重要實(shí)踐價(jià)值的科學(xué)技術(shù)。它的基本原理是：在生物內(nèi)抗體活性物質(zhì)會與與之相適應(yīng)的抗原產(chǎn)生免疫識別反應(yīng)，而將生物的免疫反應(yīng)的免疫活性物質(zhì)和電化學(xué)的發(fā)光現(xiàn)象相結(jié)合，將發(fā)光現(xiàn)象作為信號并利用轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)生物體內(nèi)的免疫反應(yīng)分析的工作。而電化學(xué)發(fā)光主要運(yùn)用的是電極兩端在有電壓輸出的時(shí)候，在化學(xué)發(fā)光混合劑的作用下，會促進(jìn)化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在電子的運(yùn)動過程中，發(fā)光粒子的相互碰撞產(chǎn)生能量，形成電發(fā)光的光化學(xué)現(xiàn)象。

1 電化學(xué)的概述

根據(jù)電化學(xué)發(fā)光的化學(xué)混合劑的不同可以將電化學(xué)發(fā)光的原理主要分為三大類：有機(jī)混合物的電發(fā)光體系、無機(jī)混合物的電發(fā)光體系、半導(dǎo)體納米材料的發(fā)光混合物。

1.1 有機(jī)混合物的電發(fā)光體系

在有機(jī)混合物的發(fā)光體系中又可以根據(jù)混合物的有所不同分為：稠環(huán)芳烴類混合物、吖啶酯類混合物、酰肼烴類混合物。其中稠環(huán)烴類混合物的電發(fā)光體系在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，由于該電化學(xué)發(fā)光體系進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)條件比較嚴(yán)苛，需要去除體系中的氧氣以及其他雜質(zhì)，保持電解水質(zhì)是非介質(zhì)時(shí)才能夠進(jìn)行電化學(xué)發(fā)光反應(yīng)。在這過程中其電發(fā)光反應(yīng)的基本原理是稠環(huán)烴類混合物中存在活躍的自由基因子，在發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，非介質(zhì)水溶劑中的存在的懶惰質(zhì)子會把自由基因子消除掉。因此，在稠環(huán)烴有機(jī)混合物進(jìn)行電發(fā)光反應(yīng)時(shí)所需要的反應(yīng)條件較高。

近年來，隨著該項(xiàng)研究的推進(jìn)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)吖啶酯類混合物在H2O2催化劑催化條件下可以提高電化學(xué)發(fā)光的活躍程度。這一發(fā)現(xiàn)成果使得電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器在核黃素等激素檢測中得到了實(shí)際的運(yùn)用，其運(yùn)用范圍得到了進(jìn)一步的拓展。

對于酰肼烴類混合物來說由于其電化學(xué)發(fā)展的性能高，因此相較于其他的有機(jī)混合物來說，其在電化學(xué)發(fā)光反應(yīng)中的使用程度還是比較頻繁的，所以對于該類的有機(jī)混合物的發(fā)光體系的實(shí)際運(yùn)用的技術(shù)也相對而言比較成熟。比如魯米諾，在堿性條件的環(huán)境中和H2O2催化的條件下可以提高電化學(xué)發(fā)光的效率，從而增強(qiáng)發(fā)光的信號。

1.2 無機(jī)混合物的電發(fā)光體系

對于一些無機(jī)混合物來說，比如像金、銅、硅、鉻、銀等無機(jī)金屬化合物其都具備電化學(xué)發(fā)光的條件。比如三聯(lián)吡啶釕這種物質(zhì)在其混合物中，不管是在水溶劑中還是非水溶劑中其電化學(xué)發(fā)光的利用價(jià)值都非常的高，并且其物質(zhì)的穩(wěn)定性十分的好。同時(shí)，它還有一個(gè)非常明顯的的優(yōu)點(diǎn)，就是即使是在電極兩端的輸出電壓不足的情況下，它還能夠進(jìn)行可逆的電化學(xué)發(fā)光反應(yīng)。因此，在許多的電化學(xué)發(fā)光反應(yīng)中或者是生物分子的應(yīng)用中都會選擇無機(jī)混合物的電發(fā)光體系。

1.3 半導(dǎo)體納米材料的發(fā)光混合物

半導(dǎo)體納米材料是有非常少的原子數(shù)量構(gòu)成的量子點(diǎn)。而半導(dǎo)體納米材料不管是在其熒光性能還是其穩(wěn)定性能上都具有非常強(qiáng)大的優(yōu)勢，其熒光的強(qiáng)度和穩(wěn)定性可以長時(shí)間的為觀察生物的細(xì)胞分子的運(yùn)動和相互碰撞提供支撐作用。同時(shí)由于半導(dǎo)體納米材料的量子發(fā)射光線窄而對稱的優(yōu)點(diǎn)，可以利用量子點(diǎn)的熒光性還可以進(jìn)行檢測信號，并可以使用多種不同的顏色對檢測信號進(jìn)行標(biāo)注。半導(dǎo)體納米材料在化學(xué)混合物下可以對生物分子實(shí)現(xiàn)銜接，且毒性低，可以用于活體檢測。

2 電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器的運(yùn)用

2.1 聯(lián)吡啶釕電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器

由于聯(lián)吡啶釕物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，水溶性良好，且能產(chǎn)生大量的光量子，從而增加了該物資免疫傳感器的靈敏程度。因此聯(lián)吡啶釕電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器再實(shí)際的運(yùn)用中十分的廣泛，更是臨床領(lǐng)域商檢的最重要的模式。對于傳染疾病的檢測、心臟與肝臟疾病的檢測、惡性腫瘤的檢測等商檢都會使用該電化學(xué)免疫傳感器。

2.2 魯米諾電化學(xué)發(fā)光傳感器

魯米諾是一種人工合成的熒光類化學(xué)有機(jī)大分子，在一定的條件下可以被氧化從而形成強(qiáng)烈的藍(lán)色熒光。因此，魯米諾通常被運(yùn)用于檢驗(yàn)血痕，由于生物體內(nèi)的血液血紅蛋白可以攜帶氧氣發(fā)生氧氣的傳輸，且血紅蛋白中含有鐵，在H2O2的催化下可以釋放出氧氣。在利用魯米諾進(jìn)行血檢時(shí)與血紅素的結(jié)合可以使其氧化發(fā)出熒光。這種血檢的方法非常的靈敏，即使是一小滴的血液也能被檢測出來。在現(xiàn)代的刑偵案件中就是利用魯米諾電化學(xué)發(fā)光傳感器進(jìn)行案件的現(xiàn)場偵察的。

2.3 半導(dǎo)體納米材料電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器

由于半導(dǎo)體納米材料的電化學(xué)發(fā)光傳感器的靈敏度高穩(wěn)定性強(qiáng)，因此常被運(yùn)用于生物的抗原抗體分子的探測。同時(shí)量子點(diǎn)能夠擴(kuò)大光譜的寬度以及能發(fā)出的照射光小而對稱，使用壽命長，顏色變化靈活，并且量子點(diǎn)其表面的原子較為活躍。因此，半導(dǎo)體納米材料的電化學(xué)發(fā)光傳感器是一種十分理想的熒光探針。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電化學(xué)發(fā)光免疫傳感器的應(yīng)用范圍領(lǐng)域?qū)絹碓綇V，作為生物傳感器中一種，其在醫(yī)療等領(lǐng)域具有十分顯著的優(yōu)勢，其靈活度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，使用年限長。因此我們要不斷的加快其改革創(chuàng)新進(jìn)度使其能夠發(fā)揮更大的作用，創(chuàng)造更大的價(jià)值。

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作者簡介：楊博凱（1994-），男，山西臨汾人，碩士研究生，研究方向：生物化學(xué)分析。

*為通訊作者