張 甜， 龔金博， 楊錫東， Pier-Luc Tremblay

(1.武漢理工大學化學化工與生命科學學院，湖北武漢 430070；2.紹興市上虞區(qū)理工高等研究院，浙江紹興 312000；3.武漢理工大學三亞科教創(chuàng)新園，海南三亞 572024)

1 前言

人類維持正常的生命健康需要在特定的時空精準地調節(jié)約十萬個基因的活性[1]，這些基因以特定核苷酸序列的形式貯存于核酸(Nucleic Acid)內，現(xiàn)代生命科學研究表明很多重大疾病都與基因突變密切相關。檢測與疾病相關的特定序列核酸對于疾病的早期診斷和治療具有十分重要的意義，核酸分析已然成為現(xiàn)代生物分析中最具潛力的領域之一。

電化學發(fā)光(Electrochemiluminescence，ECL)是將電化學與化學發(fā)光相結合的分析方法，既具有電化學分析可控性強、分析速度快等特性，又具有化學發(fā)光線性范圍寬、靈敏度高等優(yōu)勢[2]。隨著納米科學技術的不斷發(fā)展，各種形貌尺寸的納米材料相繼出現(xiàn)，其中量子點(Quantum Dots，QDs)以其良好的光穩(wěn)定性、高量子產(chǎn)率以及尺寸可控的優(yōu)良特性從眾多納米材料中脫穎而出[3]。自2002年發(fā)現(xiàn)Si QDs的ECL性質以來[4]，基于QDs的ECL體系不斷被發(fā)掘，如石墨烯量子點(G QDs)、Si QDs、CdS QDs以及類石墨相氮化碳量子點(g-C3N4QDs)等在ECL分析領域中表現(xiàn)優(yōu)良的分析性能。QDs獨特的光電特性可與ECL分析的高靈敏度特性相結合，將QDs作為發(fā)光體材料并用作核酸分析探針的載體，構建ECL生物傳感器用于核酸分析的研究正受到人們極大關注。

近年來，基于納米材料的ECL核酸分析傳感器層出不窮，Bertoncello[5]總結了2003年至2008年納米材料(碳納米管、金屬納米顆粒、量子點、金屬聚合物以及無機金屬絡合物)在ECL生物傳感器中的應用。隨后，Rizwan等[6]展示了2014年至2017年新型納米材料(包括QDs)在ECL生物傳感器分析領域的巨大潛力。本文介紹了QDs及其性質并對QDs進行分類，著重論述基于QDs的ECL生物傳感器在核酸分析領域的應用。

2 電化學發(fā)光

2.1 電化學發(fā)光機理

ECL分析是通過電化學的方法在電極表面產(chǎn)生一些特殊的物質，這些物質之間或與其他組分物質之間通過電子傳遞形成激發(fā)態(tài)，當激發(fā)態(tài)物質回到穩(wěn)定的基態(tài)時，伴隨著產(chǎn)生化學發(fā)光[7]。ECL以線性范圍寬、選擇性好、檢出限低等優(yōu)勢[8]，在藥物分析[9]、環(huán)境衛(wèi)生[10]、臨床醫(yī)學[11]以及食品安全[12]等領域得到非常廣泛的應用。

2.2 電化學發(fā)光核酸分析傳感器概述

眾所周知，核酸分為脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)?，F(xiàn)代醫(yī)學認為，基因是DNA分子上具有遺傳效應的特定核酸序列的總稱，人類疾病都直接或間接與基因有關[15]。其中癌癥便是嚴重危害人體健康的重大疾病之一，幾乎所有的癌癥都是原癌基因的激活或抑癌基因的缺失所導致。據(jù)報道，大量癌組織中存在特定DNA堿基序列的突變，或者microRNA基因的缺失、遷移和擴增[16]。例如p53基因[17]可以抑制腫瘤細胞的生長，它是目前發(fā)現(xiàn)最重要的抑癌基因之一。2002年，Pekarsky等[18]首次發(fā)現(xiàn)了與癌癥相關的miRNA，即miR-15/16-1，并且觀察到慢性淋巴細胞白血病患者體內存在miR-15/16-1的缺失。ECL核酸分析傳感器通常是以探針DNA分子作為識別元件，將探針DNA特異性識別目標核酸過程中產(chǎn)生的電信號轉化為光信號，通過對光信號的分析實現(xiàn)對目標核酸檢測的傳感方法。ECL核酸分析傳感器利用高特異性的探針DNA作為識別元件，具有結構簡單、特異性強等優(yōu)點。近年來，ECL分析技術發(fā)展迅猛，不斷涌現(xiàn)出各種基于QDs的超高靈敏度的ECL傳感器，并在核酸分析領域中得到了廣泛應用。通常，與疾病相關的核酸(ctDNA和microRNA等)在人體內含量極低，很難對其進行檢測。因此，構建高靈敏的ECL核酸分析傳感器，對于人類重大疾病的早期診斷與預后有著重要意義。

3 量子點

3.1 量子點分類

QDs又稱為半導體納米晶，是一種具有優(yōu)良性能的新型納米材料，主要由Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族元素構成，其直徑一般為2～20 nm[19]。QDs以其特殊的尺寸效應以及獨特的光電性能，廣泛應用于光電器件和生物分析等領域[20]。量子限域效應賦予了QDs獨特的光電特性[21]。

QDs按照其組成可分為四種類型:單質QDs、二元QDs、摻雜型復合QDs和核殼型QDs。單質QDs，主要由Ⅳ族元素組成，如碳、硅元素等組成。G QDs和Si QDs作為新型的納米材料，不僅具有優(yōu)良的發(fā)光性能和小尺寸效應，而且相比于傳統(tǒng)QDs具有低毒性、良好的生物相容性、表面易于修飾性的優(yōu)點，廣泛應用于傳感器領域。二元QDs主要Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族和Ⅳ-Ⅵ族元素組成，主要分為含Cd型QDs和氮基型QDs，如CdS QDs、CdSe QDs、ZnS QDs、BN QDs、CN QDs等。其中，含Cd型QDs研究最為廣泛，不僅具有高熒光產(chǎn)率，而且穩(wěn)定性也比較好。然而傳統(tǒng)的含Cd型QDs因其自身的毒性限制了它進一步生物分析應用，于是類似氮化碳這類生物兼容性好、無毒性或低毒性的非金屬QDs應運而生。不僅如此，CN QDs和BN QDs等非常易于進行表面修飾，可以有效地改善其光電性能[24]。摻雜型復合QDs通過在QDs晶格內部引入微量的過渡金屬離子或非金屬元素，形成具有新的優(yōu)異性能的摻雜型復合QDs。在摻雜元素的選擇上，通常采用摻雜N元素、C元素、S元素、Mn元素和Zn元素等方式來改善QDs的結構，從而獲得某些獨特的光電性質。如ZnS QDs摻雜Mn[25]和G QDs摻雜B[26]等。摻雜型復合QDs可獲得特定發(fā)光波長[27]。核殼型QDs最初研究的是只有核結構的含Cd型QDs，這類QDs的表面通常會存在大量缺陷，這些表面缺陷會成為非輻射復合中心，嚴重影響它的量子產(chǎn)率。通?？梢酝ㄟ^在QDs核層外覆蓋一層晶格結構相似、帶隙更大的半導體材料進而大大降低其表面缺陷[28 - 30]。相比于僅有核結構的QDs，殼層半導體材料可以有效減少核層QDs的表面缺陷，從而提高它的穩(wěn)定性和熒光效率。

3.2 量子點合成及表面修飾

QDs的合成方法主要有電化學沉積法[31]、液相沉積法[32]、氣相沉積法[33]、溶劑熱法[34]和膠體化學法[35]。在眾多方法中，膠體化學法是制備QDs最常用的方法，其合成QDs表面易于進行化學修飾[36]。通常可以將多種有機、無機或生物材料，通過一系列反應修飾到QDs表面。通常用于生物分析的QDs需要具備良好的水溶性和生物相容性，常采用巰基偶聯(lián)修飾法和兩親性分子修飾法[37]，使其表面偶聯(lián)大量巰基，進而有效的改善它的水溶性。兩親性分子修飾法是將兩親性分子的親脂端與QDs表面的的三辛基氧化膦(TOPO)連接，聚乙二醇(PEG)是最常用的兩親性分子。

4 量子點在電化學發(fā)光核酸傳感器的應用

4.1 單質量子點

4.1.1 G QDs近年來，G QDs因具有良好的生物相容性，穩(wěn)定的發(fā)光特性和優(yōu)良的溶解度在生物傳感領域內備受關注。Lu等[38]合成了15.5%的光致發(fā)光(PL)量子產(chǎn)率的G QDs，并用于監(jiān)測DNA損傷。工作中以Au納米顆粒(Au NPs)與單鏈DNA探針(cp53-ssDNA)連接形成Au NPs-ssDNA。由于G QDs 和Au NPs之間可以產(chǎn)生電化學發(fā)光共振能量轉移(ECL-RET)，即Au NPs-ssDNA與G QDs的結合以猝滅G QDs的ECL信號。當Au NPs-ssDNA與目標cp53-DNA雜交形成Au NPs-dsDNA時，G QDs 和dsDNA之間的相互作用減弱，G QDs的ECL信號會恢復。從而成功構建了基于G QDs的ECL-RET生物傳感器用于檢測DNA損傷，方法線性范圍為25～400 nmol/L，檢出限為13 nmol/L。

DNA多循環(huán)擴增技術正受到廣泛關注，并且逐漸應用于電化學生物傳感器。Jie等[39]將G QDs優(yōu)良的電化學發(fā)光性能與多循環(huán)擴增技術相結合，提出了一種用于DNA擴增電化學發(fā)光檢測的新策略，以Au NPs為猝滅劑并結合核酸內切酶輔助的循環(huán)擴增策略，成功構建了一種基于DNA多循環(huán)擴增ECL生物傳感器。另外，Lou等[40]以G QDs為ECL發(fā)光體材料，基于BamHI核酸內切酶的特異性位點，制備了一種雙齒螯合新型二硫代氨基甲酸酯DNA探針(DTC-DNA)，形成的DTC-DNA通過S-Au-S鍵直接附著在Au表面。所制備的ECL生物傳感器在5 pmol/L至100 pmol/L線性范圍內實現(xiàn)了對丙型肝炎病毒1b基因(HCV-1b cDNA)靈敏地檢測，檢出限低至0.45 fmol/L。

4.1.2 Si QDs2002年，Bard等[4]合成了Si QDs并首次研究了其在有機相中的ECL，但由于合成方面的限制，Si納米材料并不如碳材料應用廣泛。隨著量子點合成技術的發(fā)展，涌現(xiàn)了各種水相Si QDs[41]，使其在生物醫(yī)學研究方面具有廣泛的應用前景。Dong等[42]首次研究了基于Si QDs的ECL生物傳感器，制備了具有良好水分散性Si QDs，利用Si QDs為ECL能量供體，Au NPs為能量受體，建立了ECL-RET體系，并以K2S2O8為共反應劑，在磷酸鹽緩沖液中獲得穩(wěn)定且強烈的陰極ECL信號。Au NPs連接在發(fā)夾DNA的末端以形成信號探針，起初Au NPs與Si QDs之間的距離較近會產(chǎn)生ECL-RET現(xiàn)象，從而導致ECL信號明顯降低。當目標DNA與發(fā)夾DNA特異性結合時，使得Au NPs與Si QDs之間的距離大幅增加，此時阻止了ECL-RET過程，Si QDs得以恢復ECL信號。實驗結果表明，目標DNA濃度在0.1 fmol/L至1.0 pmol/L范圍內，ECL信號呈現(xiàn)線性變化，檢測限達到0.016 fmol/L。

4.2 含鎘型量子點

4.2.1 CdS QDsCdS是一種典型的Ⅱ-Ⅳ族半導體化合物，具有優(yōu)異的光電轉換特性和發(fā)光性能，因而廣泛應用于電化學分析領域。Zhang等[43]提出了一種新穎的雙電位ECL比率型量度傳感方法，該方法以CdS QDs和魯米諾作為兩種不同ECL發(fā)光體材料，Pt NPs作為猝滅劑，通過將mp53癌基因互補的包含20個堿基的分子信標(MB)固定在CdS QDs/GCE上。然后利用Pt NPs上標記的MB和mp53致癌基因之間的DNA雜交過程將Pt NPs固定在CdS QDs表面上。在電勢掃描中CdS QDs的ECL信號會降低，同時魯米諾的ECL信號會增強，從而構建了一種新的雙電勢ECL比率型傳感器用于檢測mp53癌基因。該生物傳感器可以在5.0 fmol/L至1 000.0 fmol/L范圍內靈敏地檢測mp53-DNA，檢出限為1.7 fmol/L。

microRNA[44]是近年發(fā)現(xiàn)的一類內源性非編碼單鏈RNA，參與調控細胞生長、發(fā)育、凋亡等重要生物過程，研究發(fā)現(xiàn)microRNA-21在腫瘤的發(fā)展過程中均出現(xiàn)明顯上升趨勢。Li等[45]基于局部表面等離振子共振(LSPR)增強的電化學發(fā)光機制，以CdS QDs作為ECL發(fā)光體材料，并利用直徑為15 nm的Au納米二聚體(GNP)誘導CdS QDs發(fā)生猝滅，同時在等離子體耦合誘導和大電磁場影響下，CdS QDs的ECL強度增強約6.3倍。在最佳實驗條件下，制備了一種LSPR-ECL傳感器用于microRNA-21的檢測，方法線性范圍從10 fmol/L到20 fmol/L，檢出限為3.6 fmol/L。

4.2.2 CdTe QDsCdTe QDs具有良好的化學穩(wěn)定性和表面易修飾性，已被廣泛用作電化學發(fā)光分析。Chen等[46]基于CdTe QDs和Au NPs之間ECL-RET效應，制備了一種ECL生物傳感器用于檢測乳腺癌生物標志物20-mer microRNA。該傳感器在microRNA濃度為0.1 fmol/L至0.2 pmol/L具有線性響應，檢出限低至33 amol/L。另外，Liu等[47]基于多色CdTe QDs和Au NPs構建新型多重ECL的DNA傳感器，用于檢測乙型肝炎病毒(HBV)和丙型肝炎病毒(HCV)。分別將HBV固定到CdTe QDs(551)，HCV固定到CdTe QDs(607)。然后引入不同濃度的目標DNA-HBV和DNA-HCV與互補的CdTe QDs-capture DNA雜交。再將Au NPs-probe DNA-HBV和Au NPs-probe DNA-HCV修飾到玻碳電極上。通過觀察Au NPs-probe DNA/target DNA/CdTe QDs-capture DNA/GNs/GCE復合膜的ECL信號強度，可以實現(xiàn)目標DNA-HBV和DNA-HCV的測定。在最佳條件下，CdTe QDs(551)和CdTe QDs(607)的ECL強度與目標DNA(HBV)和DNA(HCV)的濃度在0.0005 nmol/L至0.5000 nmol/L，以及0.001 nmol/L至1.000 nmol/L范圍內具有良好的線性關系，檢出限分別為0.082 pmol/L和0.340 pmol/L。該ECL的DNA傳感器用于測定人血清樣品中的目標DNA(HBV)和DNA(HCV)，其結果表現(xiàn)較為滿意。

4.2.3 CdSe QDsCdSe QDs的可調節(jié)發(fā)射波長和寬吸收光譜使其成為ECL-RET的優(yōu)異活性供體或受體材料。最近，Jie等[48]首次報道了以CdSe QDs為ECL發(fā)光體材料，葉酸為猝滅劑，并結合循環(huán)擴增技術，制備了ECL-RET生物傳感器用于目標DNA檢測。實驗顯示，該傳感器ECL信號變化與目標DNA濃度在0.05 nmol/L至1 000.00 nmol/L范圍呈線性關系，檢出限為0.05 nmol/L。另外，超歧化的三維聚酰胺基(PAMAM)樹狀聚合物由于末端基團眾多，并且具有高度化的對稱結構以及三維納米尺寸使其具備特殊的物理化學性質。因此，PAMAM被廣泛應用于化學和生物領域。Tan等[49]設計了一種獨特的酶輔助多重擴增式ECL生物傳感器，利用CdSe QDs作為ECL信號探針，合成了具有良好生物相容性和導電性的新型聚合物Au NPs-PAMAM材料用于負載大量CdSe QDs。當目標DNA存在時，可以激活酶輔助的聚合鏈置換循環(huán)反應，同時打開大量的發(fā)夾(HP)DNA模板。隨后，被打開的HP-DNA莖部進一步與電極上的capture-HP-DNA進行雜交反應，并且Au NPs-PAMAM-CdSe QDs與HP-DNA的莖部雜交，以觸發(fā)第二個聚合反應。因此，大量的CdSe QDs可以組裝到電極上，產(chǎn)生擴增ECL信號，用于檢測目標DNA。ECL信號隨著目標DNA濃度增加而逐漸增加，線性范圍為10.0 pmol/L至1 000.0 nmol/L，檢出限為3.5 pmol/L。

4.3 氮基型量子點

4.3.1 類石墨相氮化碳量子點類石墨相氮化碳量子點(g-C3N4QDs)是一種新型半導體材料，由C和N組成，它與石墨烯具有類似的結構，但性質卻大不相同。最近，基于C基的的QDs已經(jīng)廣泛應用于生物醫(yī)學分析領域[50]，但是由于C和G QDs的量子產(chǎn)率較低，限制了其進一步的應用。g-C3N4QDs由于其特殊的晶體結構，具有良好的水分散性、高的熒光量子產(chǎn)率和強的電化學發(fā)光活性[51]。不僅如此，相比于傳統(tǒng)的含Cd型量子點，g-C3N4QDs的生物毒性低并且更加綠色環(huán)保。Wang等[52]以g-C3N4為發(fā)光體材料，K2S2O8為共反應劑，制備了一種高靈敏度的ECL生物傳感器用于目標DNA(T-DNA)的檢測。該傳感器的ECL強度與目標DNA濃度的對數(shù)在0.04 fmol/L至50 pmol/L范圍內呈線性關系，檢出限低至0.018 fmol/L。隨后，Liu等[53]使用K2S2O8為共反應劑，在磷酸鹽緩沖溶液中觀察到g-C3N4QDs發(fā)射強烈的ECL信號。以g-C3N4QDs為供體，Au NPs為受體建立了ECL-RET體系。Au NPs 與發(fā)夾DNA(Hai-DNA)形成信號探針，再將信號探針固定在g-C3N4QDs上，此時，Au NPs 會猝滅g-C3N4QDs的ECL信號。當引入T-DNA時，T-DNA可以破壞Hai-DNA的環(huán)狀結構，并從g-C3N4QDs中分離出Au NPs。因此，阻礙了ECL-RET效應，g-C3N4QDs能夠再次恢復ECL信號。實驗顯示。ECL信號強度與T-DNA濃度的對數(shù)在0.02 fmol/L至0.10 pmol/L范圍內呈線性相關，檢出限達到0.01 fmol/L。該ECL生物傳感器顯示出良好的選擇性和高靈敏度。

4.3.2 BN QDsBN QDs與g-C3N4QDs結構似，具有獨特的物理性質，如高導熱性。良好光電特性和優(yōu)異的化學穩(wěn)定性[54]。目前，基于BN QDs的傳感研究報道較少，其很多ECL性質還未得到充分利用。最近，Liu等[55]報告了一種基于BN QDs為ECL發(fā)光體材料構建較高ECL性能的傳感器新策略。分別以H3BO3和三聚氰胺為B源和N源，同時利用硫脲和L-半胱氨酸調節(jié)BN QDs的性能，合成了兩種穩(wěn)定性良好的S-BN QDs。此外，設計了一種雙波長SPC-ECL比率型生物傳感器用于腫瘤組織中BRAF基因進行檢測。其中，S-BN QDs535nm作為參考項，S-BN QDs620nm作為分析項，另外引入兩個發(fā)夾DNA(H1-DNA和H2-DNA)。首先，用H1-DNA捕獲BRAF基因，H1-DNA變?yōu)橹辨溄Y構后，暴露的序列部分進一步與H2-DNA雜交。因為直鏈結構化的H1-H2-DNA雙鏈體比H1-DNA-BRAF更穩(wěn)定，所以BRAF基因從H1-H2-DNA雙鏈體中被替代。在下一個循環(huán)中，釋放的目標DNA再次被H1-DNA捕獲。結果部分BRAF基因會導致大量H1-H2-DNA雙鏈體被固定在電極上。當H2-DNA與Au NPs相連接時，在Au NPs 附近的S-BN QDs620nm發(fā)生ECL-RET效應。產(chǎn)生表面等離激元耦合ECL效應從而實現(xiàn)了ECL信號的連續(xù)放大。該SPC-ECL生物傳感器的ECL信號與BRAF濃度在1.0 pmol/L至1.5 nmol/L范圍呈線性相關，檢出限為0.3 pmol/L。

4.4 摻雜型復合量子點

由于QDs具有突出的量子限域效應，通過摻雜過渡金屬離子或非金屬元素可以有效地改善QDs的一些表面特性，從而產(chǎn)生新的現(xiàn)象和獨特的性質[56]。近年來，研究者們進行摻雜時采用最普遍的是N元素，另外S元素、B元素、Zn元素也是關注的熱點。

Liu等[57]以BN QDs為ECL發(fā)光體材料，并引入S元素，所制備的S-BN QDs具有良好的ECL活性，同時采用非金屬等離子體MoS2納米片用于增強S-BN QDs的ECL信號強度。所制備的ECL生物傳感器用于檢測丙型肝炎病毒(HCV)，線性范圍為0.5 pmol/L至1.0 nmol/L。檢出限為0.17 pmol/L。此外，Zhang等[26]通過在G QDs內部摻雜B元素，形成了具有中心六角孔的準平面結構的硼簇石墨烯量子點(BG QDs)。通過透射電子顯微鏡(TEM)、光致發(fā)光(PL)光譜和紫外(UV)光譜表征表明，BG QDs與G QDs的平面晶格間距一致，并具有良好的發(fā)光性能。成功制備了以BG QDs作為發(fā)光材料的ECL生物傳感器用于檢測腫瘤標志物microRNA-20a，ECL信號與microRNA-20a在0.1 pmol/L至10 000.0 pmol/L濃度范圍內呈線性相關，檢出限為0.1 pmol/L。該ECL生物傳感器為腫瘤標志物的檢測提供了一個高靈敏度且簡易的平臺。

ECL生物傳感器的高靈敏度和低檢出限一直是研究者關注的熱點。Wang等[58]將制備好的CdS/ZnS QDs摻入聚乙烯亞胺(PEI)，并利用水熱法合成了Au NPs修飾的MoS2用來猝滅CdS/ZnS QDs的ECL信號。該ECL-DNA傳感器在目標DNA濃度為0.05 fmol/L至1 000.00 fmol/L范圍內實現(xiàn)超靈敏測定，檢出限低至0.023 fmol/L。另外，Liu等[59]以摻雜大量N元素的N-C QDs作為ECL發(fā)光體材料，并結合酶Nb.BbvCl介導的信號放大技術(NESA)，開發(fā)了一種用于檢測microRNA的超靈敏ECL生物傳感器。首先，發(fā)夾探針1-N-C QDs與輔助探針和microRNA形成Y型連接結構。隨后，釋放的microRNA和輔助探針可以啟動下一個回收過程。大量的N-C QDs-DNA的產(chǎn)生可以進一步與固定在GO/Au表面的發(fā)夾探針2雜交，增強了ECL信號強度。ECL強度將隨著目標microRNA濃度的增加而增加。該ECL生物傳感器設計新穎，microRNA濃度在10 amol/L至10 000 fmol/L范圍內呈線性相關，檢出限達到10 amol/L。該ECL生物傳感器在臨床診斷中具有潛在的應用前景。

4.5 核殼型量子點

通常實驗室所制備核型QDs的表面有大量的缺陷，可能發(fā)生電荷的無輻射重組現(xiàn)象，進而嚴重影響量子產(chǎn)率。然而這是可以通過化學方式來改善QDs表面缺陷，特別是在其表面覆蓋另一層晶體結構相似，帶隙更大的半導體材料，從而獲得性能更為優(yōu)異的核@殼結構型QDs[60,61]。Zhang等[62]制備了一種具有高效ECL性能的核殼型QDs。首先，將Au NPs封裝到固體SiO2核中，形成Au NPs@SiO2型核殼結構。其次，將g-C3N4QDs嵌入SiO2殼(mSiO(2))孔中以形成Au NPs@C3N4QDs@mSiO(2)型納米球，并以K2S2O8為共反應劑進行ECL反應，對比僅使用g-C3N4QDs的ECL反應，ECL信號強度增強了3.8倍。最后，將Au NPs@C3N4QDs@mSiO(2)連接到探針DNA上，此時Au NPs@C3N4QD@mSiO(2)@-Probe DNA的ECL信號最強，當引入目標DNA時，目標DNA與探針DNA發(fā)生堿基互補配對，Au NPs-@C3N4QDs@mSiO(2)會遠離電極表面，ECL信號會大幅減弱，所制備的ECL生物傳感器用于檢測大腸桿菌(STEC)基因，實驗顯示ECL信號與STEC在0.1 pmol/L到1.0 nmol/L濃度范圍內呈線性相關，檢出限為9 fmol/L。并成功應用于人血清中STEC基因的超靈敏測定。肝細胞癌(HULC)是世界上最常見的癌癥之一，每年導致大量人死亡[63]，對于肝癌的早期診斷具有重要意義。Li等[64]合成了核殼型納米結構Au@Ag，并與G QDs結合作為ECL發(fā)光體材料。所制備的Au@Ag-G QDs有效增強了G QDs發(fā)光強度，成功構建了高靈敏度ECL生物傳感器用于檢測肝癌(HULC)。該ECL生物傳感器的ECL信號與lncRNA濃度在1 fmol/L到5 nmol/L范圍內呈線性相關，檢出限為0.3 fmol/L。

本文所論述的ECL核酸分析傳感器的相關信息全部總結如表1所示。

表1 基于量子點的電化學核酸傳感器Table 1 Quantum dots based elcctrochemiluminescent nucleic acid sensor

5 總結與展望

惡性腫瘤是引起全球死亡率上升的主要原因之一，已經(jīng)嚴重威脅人類健康和社會發(fā)展。當前，癌癥的診斷主要依靠觀察病人的癥狀、病史以及結合影像學技術進行，但是由于癌癥起病隱匿并且相關癥狀并不明顯，很容易造成誤診和漏診，當前技術對于癌癥的早期快速準確診斷仍存在很大的不足。研究表明，核酸與癌癥的發(fā)生密切相關，大量癌組織中存在特定DNA堿基序列的突變或者microRNA基因的異常表達。通常，與之相關的ctDNA或microRNA在人體內濃度極低，因此，有必要開發(fā)超靈敏的分析方法用于檢測人體內微量核酸。量子點因其特殊的尺寸效應和獨特的光電性質，使其在電化學發(fā)光領域內有了深入的發(fā)展與應用。但同時也面臨一些諸如量子點表面缺陷、生物毒性、工作電位較高等很多實際問題。

電化學發(fā)光核酸分析技術的發(fā)展離不開新發(fā)光體系的設計與制備，發(fā)掘高發(fā)光效率、高穩(wěn)定性能以及低毒性量子點顯得尤為重要。基于量子點的電化學發(fā)光分析技術，因具有靈敏度高和特異性強等優(yōu)勢，為核酸分析的發(fā)展提供了一個新平臺。目前，市面上家用血糖儀基本上都是采用電化學法進行檢測，通過記錄試紙片上的酶與血液中葡萄糖反應產(chǎn)生的電子數(shù)量，再轉化為葡萄糖濃度讀數(shù)。因此，研發(fā)類似便攜式的家用血糖儀以及兼?zhèn)潇`敏度高、檢出限低的電化學發(fā)光核酸分析傳感器，這對于人類重大疾病的早期診斷與預后有著無與倫比的意義。