【摘 要】
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光电化学（photoelectrochemical,PEC）生物传感是在电化学与光学结合基础上兴起并蓬勃发展的一种传感技术,因其光激发/电检测的信号输入/输出模式,使其兼具高灵敏度、低背景信号、操作简单、易于仪器微型化等优势,在生命分析、临床检测等领域表现出巨大的应用潜力。而合适的光电活性材料对于提高光电极的光电转换性能,进而构建高灵敏光电传感器至关重要。钙钛矿因其卓越光学和电学特性,如窄带发射、
【基金项目】
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国家自然科学基金（21505063和21804063）； 山东省自然科学基金（ZR2015BQ007、ZR2017BB084、ZR2017QB010）；
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光电化学（photoelectrochemical,PEC）生物传感是在电化学与光学结合基础上兴起并蓬勃发展的一种传感技术,因其光激发/电检测的信号输入/输出模式,使其兼具高灵敏度、低背景信号、操作简单、易于仪器微型化等优势,在生命分析、临床检测等领域表现出巨大的应用潜力。而合适的光电活性材料对于提高光电极的光电转换性能,进而构建高灵敏光电传感器至关重要。钙钛矿因其卓越光学和电学特性,如窄带发射、可调带隙、高电荷迁移率、高消光系数以及低成本和易于合成等,受到研究者的广泛关注,但高效率的铅基钙钛矿的铅毒性问题制约了其在光电传感领域的广泛应用。无铅钙钛矿因其良好的环境稳定性和无毒害等性质,一跃成为钙钛矿研究领域的新宠,然而其光电转换性能与含铅元素的钙钛矿相比仍有很大差距,因此设计新策略对无铅钙钛矿进行改性,制备兼具环境友好和高光电活性的新型无铅钙钛矿功能复合材料,对于其在PEC生物传感领域的应用具有重要意义。本论文设计制备了一系列新型光电活性无铅钙钛矿,并通过与其它材料复合对其进行结构调整和改性来进一步提高光电性能和稳定性,用于构建高灵敏、高选择性光电化学生物传感器,并对其在过氧化氢（H2O2）和8-羟基-2?-脱氧鸟嘌呤核苷（8-OH-d G）检测应用方面进行了研究。具体研究内容如下:1.无铅钙钛矿Cs3Bi2Br9QDs/BiOBr异质结构负载金纳米粒子构建H2O2光电化学传感器本实验构建了基于无铅钙钛矿Cs3Bi2Br9QDs/BiOBr异质结构负载金纳米粒子的光电传感平台,用于对H2O2的高灵敏和高选择性传感分析。在本项工作中,通过水诱导方法包覆BiOBr于Cs3Bi2Br9量子点,得到了具有更好光电性能和稳定性的Cs3Bi2Br9QDs/BiOBr异质结构。在此基础上,通过负载金纳米粒子（Au NPs）引发表面等离子体共振效应,进一步增强其光电性能,构建了Au NPs/Cs3Bi2Br9QDs/BiOBr修饰光电极,并用于对H2O2的光电化学传感研究。研究发现,H2O2浓度在0.002μM至200μM范围内,H2O2浓度与光电流响应呈正相关线性关系,检出线低至0.89 n M。此外,该传感器还表现出卓越的稳定性,理想的重现性和以及令人满意的选择性,并在此基础上成功进行了药物刺激Hep G2细胞分泌过氧化氢的实物检测,表明构建的传感平台在生物领域具有巨大的应用潜力。本工作提出了一种简便的光电化学传感策略,对于研究无铅钙钛矿异质结构的PEC传感应用具有重要的研究价值。2.基于无铅双钙钛矿Cs2AgInCl6/石墨烯复合材料的8-OH-d G光电化学生物传感研究本实验构建了基于石墨烯负载无铅双钙钛矿Cs2AgInCl6的光电传感平台,用于对8-羟基-2?-脱氧鸟嘌呤核苷的高选择性生物传感。在本项工作中,利用石墨烯二维平面结构可以为负载Cs2AgInCl6提供广阔平台,通过简单的一锅法制得了Cs2AgInCl6均匀负载于石墨烯表面的复合材料,并用于构建Cs2AgInCl6/石墨烯修饰光电极,研究其对饱和氧和8-OH-d G光电响应。研究发现,在饱和氧的条件下Cs2AgInCl6/石墨烯会产生较好的阴极光电流并基于光生空穴氧化提出了检测电子供体8-OH-d G的传感平台。8-OH-d G浓度在0.005μM至1000μM的宽线性范围内,与光电信号成正相关的线性关系,对8-OH-d G的检出限低至3.3 n M。此外,该传感器还表现出了卓越的稳定性和选择性,表明构建的传感平台在生物领域具有良好的前景。本工作说明石墨烯对Cs2AgInCl6良好的分散作用可以大大提高Cs2AgInCl6的光电活性,且其高表面积对溶解氧和8-OH-d G的富集作用,基于电子供体-受体的光电化学传感策略,对研究无铅双钙钛矿在PEC生物传感应用具有重要的意义。
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