一种基于量子点的闭式双极电化学发光检测平台的建立方法
及其应用
技术领域
[0002] 电化学发光(ECL)也称为电致化学发光，是一种物质在
电极或溶液中经过
电子转移反应形成产生发光的现象。和其他分析方法相比，光
信号相对稳定，具有较高的灵敏度，选择性和较强的抗干扰能
力，其背景信号接近于零、响应动态范围较宽，此外，ECL检测仪器成本低廉，结构简单易于操作。因此，电化学发光技术在化学分析检测领域有着极大的应用前景。电化学发光
试剂是决定ECL
传感器性能的关键因素，因此对新型ECL发光试剂的开发和利用尤为重要。
[0003] 量子点(QD)是作为
荧光材料，具有出色的光学特性，例如高量子产率、高化学
稳定性以及可控尺寸的发射。
钙钛矿量子点，同样具有可调谐
光致发光、高量子产率和优异的
颜色纯度的特点，在光电器件中具有极大的应用价值。量子点可以通过简易的方法固定在玻
碳电极上进行电化学反应产生强烈的ECL信号。基于量子点的优异特性，将量子点应用于ECL将极大的提高ECL传感器的性能。目前，将量子点应用于ECL的障碍在于，第一，绝大多数量子点都只在有机相中具有较高的量子产率，在
水相中很低且不稳定；第二，
生物分子的检测必须在水相中进行，在
有机溶剂中无法实现；第三，
半导体量子点通常对生物体具有高度毒性且其中的重金属成分也对环境有害。
[0004] 双极电极(BPE)是一个导体，当将足够的
电压施加到浸渍有BPE的
电解质溶液中时，BPE和溶液之间的电位差会驱动发生
氧化和还原反应。将BPE引入ECL，并且采用闭式结构，其突出特点是，该结构将BPE的两极分别置于两个采用不同
电解质溶液的
电解池中，且理论
电流效率接近100％。
[0005] 本发明通过将BPE引入ECL，建立了一种基于量子点的闭式双极电化学发光检测平台(CBP-ECL)，该平台解决了上述量子点应用于ECL传感所面临的问题，确保了有机相中量子点稳定的ECL信号和水相的传感，一定程度上简化了传感器的制造复杂性，拓宽了ECL试剂的范围。
发明内容
[0006] 针对将量子点应用于ECL传感所面临的问题，本发明旨在提供一个通用的策略将一系列高性
能量子点应用于ECL传感，进一步拓宽了ECL试剂的范围，该平台结构设计简单，具有通用性，操作方便，检测过程不会产生二次污染。
[0007] 本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0008] 一种基于量子点的闭式双极电化学发光检测平台的建立方法，步骤如下：
[0009] (1)制备量子点修饰电极：将量子点超声分散在
甲苯溶剂中获得量子点分散液，然后取2μL-20μL所述分散液滴涂在玻碳电极表面，并在室温下于环境压力下干燥以形成一层
薄膜，得到量子点修饰电极；
[0010] (2)新型闭式双极电化学发光检测平台的搭建：将第一驱动电极和第二驱动电极分别插入检测池和报告池中，所述第一驱动电极和第二驱动电极分别与
恒电位仪(电化学工作站)连接，双极电极连接检测池和报告池，报告池和检测池均为一个10mL的烧杯，第一驱动电极和第二驱动电极为铂电极，双极电极的极1和极2为铂电极和量子点修饰电极，并用
铜丝连接作为双极电极，在检测池中，盛放
磷酸缓冲液，在报告池中，盛放含有电解质的
有机溶剂，并加入三正丙胺作为共反应剂，量子点修饰的玻碳电极表面面向
光电倍增管(PMT)的
光子感应端口记录电极表面的ECL信号，PMT与恒电位仪连接。报告池位于封闭暗盒内，恒电位仪与计算机(PC)连接。使用盈思
软件ECL-20进行电化学实验，采集到的
电信号和
光信号在计算机界面显示。
[0011] 上述方法中，所述玻碳电极需要预先进行清洁，具体步骤如下：
[0012] 将所述玻碳电极分别在1μm，0.3μm和0.05μm粒径的氧化
铝抛光粉的悬浮液中依次
研磨5-10min，研磨后分别在0.05M H2SO4,
乙醇和去离子水中超声清洗3-5min，并在N2中干燥。
[0013] 上述方法中，所述步骤(1)中，量子点分散液浓度为0.005g/ml-0.05g/mL，滴涂量为2μL-20μL。
[0014] 上述方法中，所述步骤(1)中，量子点包括以下的一种或几种：CdTe、ZnSe/ZnS、CdSe、CdS、CuInZnS、CdZnTeS、CdTeSe/CdS、CdSe/ZnS、CdTe/CdS、Ag2Te、MoS2、CdS/ZnS、Ag2S、CH3NH3PbBr3 QD、CH(NH2)2PbBr3QD或C3N4。
[0015] 上述方法中，所述步骤(2)中，磷酸缓冲液的浓度为0.1M，pH值为4-10。
[0016] 上述方法中，所述步骤(2)中，电解质为TBAPF6、TBAP、THAP、TBABF4的一种或几种。
[0017] 上述方法中，步骤(2)中，所述有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、二甲基甲酰、乙酸乙酯、二甲基亚砜中的一种以上。
[0018] 上述方法中，所述步骤(2)中，量子点修饰电极在使用之前需要进行抗溶处理，具体步骤是：将其浸入乙酸乙酯5-30s，然后取出并在室温下自然干燥。
[0019] 基于量子点的闭式双极电化学发光检测平台应用于对过氧化氢、
葡萄糖、
抗坏血酸、尿酸、多巴胺、
苯酚、双酚基丙烷等生物分子的浓度检测。
[0020] 上述应用中，应用于过氧化氢浓度检测的步骤如下：
[0021] 对检测池中不同浓度的H2O2溶液进行检测，观察报告池中的ECL的特征峰峰强度变化，H2O2在电极1上被氧化时会产生电流，根据法拉第定律，在极2处的ECL试剂也会被氧化从而产生ECL，ECL信号强度与H2O2的浓度相关，从而可以建立校准曲线。
[0022] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0023] (1)本发明采用闭式双极结构，克服了量子点的应用障碍，使得大量不同的量子点可作为发光试剂应用于ECL，极大的拓宽了ECL试剂的范围。
[0024] (2)本发明建立的基于量子点的闭式双极电化学发光检测平台结构设计简单，具有通用性，操作方便。
[0025] (3)本发明建立的基于量子点的闭式双极电化学发光检测平台可以实现对过氧化氢、葡萄糖、抗坏血酸、尿酸、多巴胺、苯酚、双酚基丙烷等生物分子的浓度检测，检测过程不会产生二次污染。
附图说明
[0026] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0027] 图1是CsPbBr3 QD在三电极体系下的测试(a)裸露的GCE和(b，c)CsPbBr3QD|GCE的(A)ECL和(B)CV。测试条件：在0.05M TBAPF6-乙腈电解质中含有(a，b)10.0和(c)0.0mM TPrA，扫速0.05V/s，电位窗口0.0-1.4V。其中参比电极是Ag/Ag+，
对电极是Pt电极。
[0028] 图2是基于CsPbBr3 QD的CBP-ECL系统的ECL测试：裸露GCE和CsPbBr3QD|GCE的ECL。测试条件：含有10.0mM TPrA在0.05M TBAPF6-乙腈电解液，扫速0.1V/s的，电势窗口于0.0-
4.0V。
[0029] 图3a是基于CsPbBr3 QD所搭建的CBP-ECL平台对H2O2检测时，不同浓度的H2O2的ECL强度响应图，曲线a,b,c,d,e,f,g,h分别代表H2O2的浓度为0,0.6mmol/L,1.0mmol/L,2.0mmol/L,4.0mmol/L,6.0mmol/L,8.0mmol/L,10.0mmol/L。
[0030] 图3b是基于CsPbBr3 QD所搭建的CBP-ECL平台对H2O2检测时，不同浓度的H2O2与ECL峰强度的线性范围图。PMT被偏置在850V，从三个实验中获得误差限。
[0031] 图4是基于CdSe/ZnS QD的CBP-ECL系统的ECL测试：裸露GCE和CdSe/ZnS QD|GCE的ECL。测试条件：含有10.0mM TPrA在0.05M TBAPF6-乙腈电解液，扫速0.1V/s的，电势窗口于0.0-4.2V。
[0032] 图5a是基于CdSe/ZnS QD所搭建的CBP-ECL平台对H2O2检测时，不同浓度的H2O2的ECL强度响应图，曲线a,b,c,d,e,f,g,h分别代表H2O2的浓度为0,1.0mmol/L,2.0mmol/L，4.0mmol/L，6.0mmol/L，8.0mmol/L，10.0mmol/L，12.0mmol/L。可知，随着H2O2浓度的增加，ECL曲线中的峰强度也增加。
[0033] 图5b是基于CdSe/ZnS QD所搭建的CBP-ECL平台对H2O2检测时，不同浓度的H2O2与ECL峰强度的线性范围图。PMT被偏置在850V，从三个实验中获得误差限。
[0034] 图6为本发明将量子点应用于双极电化学发光平台的结构示意图。
具体实施方式
[0035] 以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
[0036] 本发明通过将BPE引入ECL,建立了一种基于量子点的闭式双极电化学发光检测平台，该平台可以对一些生物分子实现浓度检测，为电化学分析提供了新的思路。
[0037] 下面对本发明的技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述
实施例。
[0038] 实施例1
[0039] 一种基于CdTe的闭式双极电化学发光检测平台的建立方法，步骤如下：
[0040] (1)玻碳电极分别在1μm，0.3μm和0.05μm粒径的氧化铝抛光粉的悬浮液中依次研磨5min，研磨后分别在0.05M H2SO4,乙醇和去离子水中超声清洗3min，并在N2中干燥。
[0041] (2)制备CdTe|GCE：将CdTe超声分散在甲苯溶剂中获得0.005g/mL CdTe分散液，然后取20μL所述分散液滴涂在玻碳电极表面，并在室温下于环境压力下干燥以形成一层薄膜，得到CdTe|GCE；
[0042] (3)在使用CdTe|GCE之前，将其浸入乙酸乙酯约5秒钟，然后取出并在室温下自然干燥；
[0043] (4)新型闭式双极电化学发光检测平台的搭建：报告池和检测池均为一个10mL的烧杯，第一驱动电极和第二驱动电极为铂电极,双极电极的极1和极2为铂电极和CdTe|GCE，并用铜丝连接作为双极电极。在检测池中，盛放0.1M磷酸缓冲液(pH＝4)，在报告池中，盛放0.01M TBAP-二氯甲烷电解质溶液，并加入三正丙胺作为共反应剂，CdTe|GCE表面面向光电倍增管(PMT)的光子感应端口记录电极表面的ECL信号，PMT与恒电位仪连接。报告池位于封闭暗盒内，恒电位仪与计算机(PC)连接。使用盈思软件ECL-20进行电化学实验，采集到的电信号和光信号在计算机界面显示。
[0044] 实施例2
[0045] 一种基于Ag2Te的闭式双极电化学发光检测平台的建立方法，步骤如下：
[0046] (1)玻碳电极分别在1μm，0.3μm和0.05μm粒径的氧化铝抛光粉的悬浮液中依次研磨10min，研磨后分别在0.05M H2SO4,乙醇和去离子水中超声清洗5min，并在N2中干燥。
[0047] (2)制备Ag2Te|GCE：将Ag2Te超声分散在甲苯溶剂中获得0.05g/mL CdTe分散液，然后取2μL所述分散液滴涂在玻碳电极表面，并在室温下于环境压力下干燥以形成一层薄膜，得到Ag2Te|GCE；
[0048] (3)在使用Ag2Te|GCE之前，将其浸入乙酸乙酯约30秒钟，然后取出并在室温下自然干燥；
[0049] (4)新型闭式双极电化学发光检测平台的搭建：报告池和检测池均为一个10mL的烧杯，驱动电极1和2为铂电极,双极电极的极1和2为铂电极和Ag2Te|GCE，并用铜丝连接作为双极电极。在检测池中，盛放0.1M磷酸缓冲液(pH＝10)，在报告池中，盛放0.05M TBABF4-二甲基甲酰胺电解质溶液，并加入三正丙胺作为共反应剂，Ag2Te|GCE表面面向光电倍增管(PMT)的光子感应端口记录电极表面的ECL信号，PMT与恒电位仪连接。报告池位于封闭暗盒内，恒电位仪与计算机(PC)连接。使用盈思软件ECL-20进行电化学实验，采集到的电信号和光信号在计算机界面显示。
[0050] 实施例3
[0051] 一种基于铅卤
钙钛矿量子点(CsPbBr3 QD)的闭式双极电化学发光检测平台的建立方法及对过氧化氢的检测应用，步骤如下：
[0052] (1)玻碳电极分别在1μm，0.3μm和0.05μm粒径的氧化铝抛光粉的悬浮液中依次研磨6min，研磨后分别在0.05M H2SO4,乙醇和去离子水中超声清洗4min，并在N2中干燥。
[0053] (2)制备CsPbBr3 QD|GCE：将CsPbBr3 QD超声分散在甲苯溶剂中获得0.01g/mL CsPbBr3 QD分散液，然后取10μL所述分散液滴涂在玻碳电极表面，并在室温下于环境压力下干燥以形成一层薄膜，得到CsPbBr3 QD|GCE；
[0054] (3)在使用电极之前，将其浸入乙酸乙酯约15秒钟，然后取出并在室温下自然干燥；
[0055] (4)新型闭式双极电化学发光检测平台的搭建：报告池和检测池均为一个10mL的烧杯，驱动电极1和2为铂电极,双极电极的极1和2为铂电极和CsPbBr3 QD|GCE，并用铜丝连接作为双极电极。在检测池中，盛放0.1M磷酸缓冲液(pH＝7.4)，在报告池中，盛放0.05M TBAPF6-乙腈电解质溶液，并加入三正丙胺作为共反应剂，CsPbBr3 QD|GCE表面面向光电倍增管(PMT)的光子感应端口记录电极表面的ECL信号，PMT与恒电位仪连接。报告池位于封闭暗盒内，恒电位仪与计算机(PC)连接。使用盈思软件ECL-20进行电化学实验，采集到的电信号和光信号在计算机界面显示。
[0056] (5)向检测池中滴加H2O2溶液，使其浓度按照0.1,0.2,0.4,0.6,1,2,4,6,8,10,12,14mM依次增加。对检测池中不同浓度的H2O2溶液进行检测，观察报告池中的ECL的特征峰峰强度变化，H2O2在电极1上被氧化时会产生电流，根据法拉第定律，在极2处的ECL试剂也会被氧化从而产生ECL，ECL信号强度与H2O2的浓度相关，从而可以建立校准曲线。
[0057] 图2是CBP-ECL系统的ECL测试,说明了在该检测平台里，修饰在玻碳电极上CsPbBr3 QD膜可以产生ECL，因此具备报告池具备对检测池中物质产生响应的能力。
[0058] 图3a是利用所述量子点搭建的CBP-ECL平台对H2O2检测时，不同浓度的H2O2对应的ECL信号强度响应图。
[0059] 图3b是利用所述量子点搭建的CBP-ECL平台对H2O2检测时，不同浓度的H2O2和相应ECL信号的线性范围图，从结果可知其线性范围为0-10mM，
检测限为1.56×10-7M(S/N＝3)，该平台确实可以实现对H2O2浓度检测的目的。
[0060] 实施例4
[0061] 一种基于ZnS/CdSe QD的闭式双极电化学发光检测平台的建立方法及对过氧化氢的检测应用，步骤如下：
[0062] (1)玻碳电极分别在1μm，0.3μm和0.05μm粒径的氧化铝抛光粉的悬浮液中依次研磨6min，研磨后分别在0.05M H2SO4,乙醇和去离子水中超声清洗5min，并在N2中干燥[0063] (2)制备ZnS/CdSe QD|GCE：将ZnS/CdSe QD超声分散在甲苯溶剂中获得0.02g/mL ZnS/CdSe QD分散液，然后取5μL所述分散液滴涂在玻碳电极表面，并在室温下于环境压力下干燥以形成一层薄膜，得到ZnS/CdSe QD|GCE；
[0064] (3)在使用ZnS/CdSe QD|GCE之前，将其浸入乙酸乙酯约10秒钟，然后取出并在室温下自然干燥；
[0065] (4)新型闭式双极电化学发光检测平台的搭建：报告池和检测池均为一个10mL的烧杯，驱动电极1和2为铂电极,双极电极的极1和2为铂电极和ZnS/CdSe QD|GCE，并用铜丝连接作为双极电极。在检测池中，盛放0.1M磷酸缓冲液(pH＝7.4)，在报告池中，盛放0.05M TBAPF6-乙腈电解质溶液，并加入三正丙胺作为共反应剂，ZnS/CdSe QD|GCE表面面向光电倍增管(PMT)的光子感应端口记录电极表面的ECL信号，PMT与恒电位仪连接。报告池位于封闭暗盒内，恒电位仪与计算机(PC)连接。使用盈思软件ECL-20进行电化学实验，采集到的电信号和光信号在计算机界面显示。
[0066] (6)向检测池中滴加H2O2溶液，使其浓度按照0.02，0.04，0.1，0.2，0.4，0.6，1.0，2.0，3.0，4.0，6.0，8.0，10.0，12.0，13.0，14.0mM依次增加。对检测池中不同浓度的H2O2溶液进行检测，观察报告池中的ECL的特征峰峰强度变化，H2O2在电极1上被氧化时会产生电流，根据法拉第定律，在极2处的ECL试剂也会被氧化从而产生ECL，ECL信号强度与H2O2的浓度相关，从而可以建立校准曲线。
[0067] 图4是CBP-ECL系统的ECL测试,说明了在该平台里，修饰在玻碳电极上ZnS/CdSe QD膜可以产生ECL，因此具备报告池具备对检测池中物质产生响应的能力。
[0068] 图5a是利用所述量子点搭建的CBP-ECL平台对H2O2检测时，不同浓度的H2O2的ECL信号强度响应图。
[0069] 图5b是利用所述量子点搭建的CBP-ECL平台对H2O2检测时，不同浓度的H2O2和相应ECL信号的线性范围图，从结果可知其线性范围为0-10mM,检测限为1.56×10-7M(S/N＝3)，该平台确实可以实现对H2O2浓度检测的目的。
