大学生创新训练计划

1. 大学生创新训练计划 9,10-双苯乙炔基蒽(BPA)的电化学发光性能研究 项目：

2. 大纲 立项背景 项目研究内容 项目的特色与创新之处 计划进度安排 学生项目答辩 2014/11/1

3. 课题来源及背景 本课题来源于国家自然科学基金项目。 近年来，电化学发光（ECL）作为一种高灵敏度和高选择性的分析方法已引起人们极大的研究兴趣，电化学发光分析法是通过对电极施加一定电压进行电化学反应，在电极表面产生电生的物质，这些电生物质之间或电生物质与体系中某种组分之间通过化学反应形成分子激发态，由激发态跃迁到基态，从而产生发光[9]。电化学发光法是将化学发光分析法与电化学手段相结合的一种新的分析技术，具有化学发光的高灵敏度，宽线性范围，仪器简单，重现性好的优点外，还有效克服了化学发光选择性差的缺点，具有灵敏度高，选择性好，操作简便，易于控制，并且实验中的一些试剂可重复使用等优点，而且它所采用的试剂毒性低，无放射性危害。目前，电化学发光检测技术已经逐渐应用到生物医学、环境监测、药品和食品分析等领域，具有广泛的应用前景。 常用的电化学发光试剂基本类型有酰肼类化合物[36]，吖啶类化合物，多环芳烃类，过氧化草酸酯，金属配合物等，其中，Ru(bpy)32+及其衍生物具有水溶性好，溶液中允许存在溶解氧或其他杂质，化学性能稳定，氧化还原可逆，在室温下发生，激发电势较低，量子产率高，PH适应范围宽，可电化学再生和激发态寿命长等特点，是目前应用程度最高的电化学发光体系[10]，引起了广泛的关注，然而，Ru(bpy)32+的价格毕竟较为昂贵，因而把Ru(bpy)32+固定在电极表面上将有望解决流动分析中试剂的浪费问题同时，如果发现发光性能更好的新标记物对电化学发光的研究也是很有意义的，为了解决上述问题，本实验以筛选一种发光性能更好的新的化合物为主，然而，蒽类化合物具有化学修饰性强，荧光量子产率高等优点，关于蒽类小分子发光材料的研究居多，蒽类小分子电致发光材料按骨架分主要有芳基取代蒽、芳胺基取代蒽、乙烯基取代蒽、苯乙炔基取代蒽、金属配合物及其它蒽衍生物发光材料，于是，筛选出了一种有机小分子，9,10-双苯乙炔基蒽（BPA），它的结构式如下： 该化合物荧光量子产率高达100%，试剂便宜，在荧光性能方面应用甚广，但是至今仍然没有关于它的电化学发光方面的报道，于是用BPA/CH3CN的饱和溶液，使用溶剂铸膜法修饰电极，测定其电化学发光性能。 学生项目答辩 2014/11/1

4. 国内外研究动态 电化学发光现象可以追溯到 19 世纪。早在 1927 年，Dufford 等人电解格林试剂时就观察到 ECL 现象[1]。1929 年，Harvey 在电解碱性鲁米诺（3-氨基苯二甲酰胺）水溶液时，发现电极附近有发光现象[2]。直到上世纪 60 年代才出现 ECL 的详细研究报道，此后，ECL 现象逐渐引起人们的关注，被应用于一些有机化合物、金属配合物以及聚合物的光电化学性质研究[3,4]。随着对 ECL 研究的深入，相关评述性文章日益增多[5-9]。尤其是 Bard 等人几十年来一直致力于在电致化学发光领域的研究，多次从发光机理和分析应用等方面权威评述了不同时期 ECL 的研究进展[5,10-28]，在考察所合成的硅量子点晶体性能时，也测试了其ECL性能。在研究中，Ding等发现了硅量子点得到一个电子与失去一个电子的能差随着量子点尺寸的减小而增大。Richter 详细介绍了电化学发光的原理、机理、发光体系，并对 1994-2004 十年内电化学发光理论研究及分析应用进行了全面的介绍和深刻的分析[6]。Miao 对 1985 - 2006 二十年内电化学发光与生物应用方面进行了详细而全面地总结和评述[8]。2009年，池毓务等及Zhu等分别报道了应用电化学法和微波法制备了水溶性量子点晶体，并发现了碳量子点晶体的ECL性能。由于碳量子点具有很好的水溶性和生物兼容性以及较低的成本，因此碳量子点有可能在ECL的研究应用中得到进一步的发展。近年来，ECL 技术不但应用于免疫测定，而且被大量制成 DNA 探针和 DNA 酶传感器[31,32]，ECL 发展更加迅猛，尤其是在生物分析领域的应用以及与各种分离手段联用方面的研究异常活跃，Xu 对最近的 ECL 研究进展给予了具体概括和总结[33]，主要对 ECL 最新的应用做了评述。 我国在电化学发光分析领域尽管起步较晚，发展却很快，在新体系和新技术研究方面取得了一系列进展[8,33-37]，尤其是二十世纪的最后十年至今，电化学发光发展迅猛，为与人类生产生活密切相关的生物医学领域、环境监测、药品和食品分析的研究提供了许多新型的高灵敏分析手段，推动了这些领域科学理论和高新技术的发展。如生物医学领域，ECL 可用于检测大量不同种类的蛋白质、酶和激素以及免疫系统的测定和 DNA 探针等生物分子；在环境监测方面可用于检测不同的金属离子和废水中的菌类等；在药品分析方面可用于神经性药物、抗癌药物和毒品的检测；在食品分析方面可用于超标物含量的检测等。 近30年来，由于电化学发光技术的发展，该方法在分析精度，灵敏度以及实用性上都得到很大提高。其中对电化学发光方法影响最为深远的就是固相ECL技术[36]，并开始出现可视化检测的研究报道。此外，ECL与高效液相色谱，毛细管电泳联用技术的发展以及在生物分析技术等方面的发展，也为ECL的应用拓宽了道路。 学生项目答辩 2014/11/1

5. 研究目标、研究内容和拟解决的关键问题 研究目标 ：开发一种新型高效的电化学发光材料 学生项目答辩 2014/11/1

6. 主要研究内容 • 9,10-双苯乙炔基蒽（BPA）在工作电极上的固定； • 选择电化学测定方法（本实验采用间歇循环伏安法），研究电化学发光参数和化学发光参数对电化学发光强度的影响； • 研究BPA电化学发光机理； • 研究Log (ECL intensity)-LogCTPA的线性关系，做标准曲线； • 以肌酸酐作为共反应物，做出电化学发光强度的对数与肌酸酐浓度的对数曲线。 学生项目答辩 2014/11/1

7. 拟重点解决的关键问题 用于修饰导电玻璃表面的纳米粒子分布均匀为最佳 必须选取最佳的电化学参数和化学发光参数； 做电化学发光强度与共反应物浓度关系曲线时，必须以达到稳定时的数值为准。 学生项目答辩 2014/11/1

8. 拟采取的技术路线和实施方法 1.共反应物溶液的配置 配置0.1mol/L的KCl的水溶液，然后以该溶液为溶剂，配 3×10-3mol/L的三丙胺（TPA）,逐级稀释到10-10mol/L，制备BPA/CH­3CN的饱和溶液； 2.BPA在工作电极上的固定 导电玻璃修饰前需超声5min,用超纯水冲洗干净，至于空气中晾干，用微量进样器移取25微升BPA/CH3CN的饱和溶液滴加在电极表面上，在空气中晾干，电极表面上形成纳米晶； 3.BPA纳米粒子的表征 做纳米粒子BPA的扫描电镜，看其微观形貌； 4.电化学发光信号的测定 以BPA修饰的导电玻璃为工作电极，以Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极，采用间歇循环伏安法，考察电位，扫描速率等对电化学发光强度的影响，设定最优的电化学发光参数和化学发光参数，使电化学发光强度达到最稳定，分别以三丙胺和肌酸酐为共反应物，研究电化学发光强度与共反应物浓度的线性关系，做出标准曲线。 学生项目答辩 2014/11/1

9. 拟形成的创新或特色 在以往的研究中，大多数都集中于钌及其衍生物的电化学发光，但由于价格昂贵，易溶于水，必须采用各种方法将其固定在电极表面，而本实验选用的有机小分子9,10-双苯乙炔基蒽（BPA）荧光量子产率高达100%，试剂相对便宜，而且电化学发光信号强，疏水性强，不用其他试剂就可固定在电极表面，具有稳定性和重现性。 学生项目答辩 2014/11/1

10. 前期工作 通过查阅大量相关文献，收集资料，筛选出一种有机小分子9,10-双苯乙炔基蒽（BPA），配置BPA/CH3CN的饱和溶液，利用溶剂铸膜法用BPA修饰导电玻璃表面，以BPA纳米粒子修饰的导电玻璃为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极，三丙胺（TPA）为共反应物，采用间歇循环伏安法，测其电化学发光性能；考察了所设电化学参数和化学发光参数，如电位，扫描速率，光电倍增管等对电化学发光强度和稳定性的影响，确定了电化学发光的最佳条件，在此条件下考察了电化学发光的稳定性，然后配置了一系列浓度的TPA，测定电化学发光强度的对数与共反应物浓度的对数的线性关系，做出了一定浓度范围内的标准曲线。

11. 存在问题及解决办法 用于修饰导电玻璃表面的9，10-双苯乙炔基蒽（BPA）的纳米粒子如果滴加过多，以各种形态如纳米线或纳米棒等堆叠在一起，由于共反应物扩散的速度非常小，使得电极表面的共反应物浓度与溶液的本体浓度达到一致需要很长的时间，即电化学发光强度达到稳定的时间会很长；而如果BPA滴加的过少，虽然很快就会达到稳定，但会使得电化学发光强度降低，信噪比变大，所以，用于修饰导电玻璃表面的纳米粒子的量是解决此问题的关键，尽量控制纳米粒子，使其分散均匀。 学生项目答辩 2014/11/1

12. 计划进度安排 2012.5-2012.6查阅文献，收集资料（合成或选择一种新的化合物用于研究电化学发光性能） 2012.7实验药品订购与实验前期准备（准备好实验所需药品） 2012.8-2013.9 用制备出的纳米粒子修饰的电极测定其电化学发光性能（得到数据，此化合物有良好的发光性能，有望成为未来理想的新标记物） 2012.9-2013.10再制备一种新的纳米粒子用于修饰电极测其电化学发光性能（再用一种新的化合物用于研究电化学发光，进行实验，得到数据） 2013.11-2014.3数据整理，撰写论文 学生项目答辩 2014/11/1

13. 谢谢！ 学生项目答辩 2014/11/1