光电化学(PEC)包括光电转换和电荷转移两个过程。基于此,构建的PEC分析法以光源作为激发源,最终检测的信号为电信号,使其具有较低的检测背景。加上其低成本,高灵敏度和简单的仪器等优势,更多的研究者致力于PEC技术的探究。在此基础上,将PEC技术与生物分析技术相结合,成功制备了多种新兴的PEC生物传感器,这为探索各种生物分子提供了很好的机会。光活性材料作为PEC过程的必备单元,特别是以n型材料为基底的光阳极材料在PEC分析技术中发展迅速。但是,其强氧化性的空穴容易与溶液中的还原性物质(如抗坏血酸,多巴胺,过氧化氢)等反应,光电阳极传感器的广泛应用受到限制。同时,相比于光电阳极,光电阴极更易与溶液中的电子受体反应,拥有更好的抗干扰性。综上所述,本论文主要进行光电阴极生物传感器方面的探究,并成功制备了三种光电阴极传感器,实现了对甲基转移酶(Dam),DNA和miRNA的灵敏性检测。本论文研究的相关内容如下:1.基于目标循环放大构建的光电化学DNA和RNA传感器本章节设计合成了CdTe QDs构建的光阴极,电极表面键合的捕获DNA由于三维结构引发的位阻效应和静电排斥作用,抑制了CdTe QDs与溶液中铁氰化钾的电子转移过程。当目标序列存在时,它会与探针DNA杂交形成双链结构。然后,CdTe QDs电极表面的探针DNA会在T7核酸外切酶的辅助下,水解为单个的核苷酸。而脱落的目标序列则返回到溶液中与未配对的探针DNA杂交,实现了循环放大的效果。此时,铁氰化钾可以更容易地接受激发态CdTe QDs导带上的电子,使阴极光电流增大。据此,成功建立了一种简单,灵敏的光电阴极传感器,实现了对BRCA1和miRNA-21的均相高灵敏检测,检测限分别为9.5×10~-1313 M和2.8×10~-1616 M。最后,通过实验探究说明了本章设计的光阴极传感器在实际样本测定中的可行性。2.基于NiO/CdS电极与铁氰化钾之间光诱导电子转移构建的酶传感器铁氰化钾作为一种电子受体,可以增大NiO/CdS电极阴极光电流信号。根据这一现象,本章通过层层组装法在三维多孔NiO表面沉积了CdS QDs,合成NiO/CdS电极。电极表面的发夹DNA会阻碍界面的光诱导电子转移。在目标分析物甲基转移酶的孵育下,Dpn I和Exo I先后作用于发夹DNA,使电极表面的位阻效应减小。据此,实现了目标作用下的光电流信号放大,传感平台对目标分析物的测定线性范围是0.04-100 U/mL,检测限为0.028 U/mL,此方案还成功用于测定实体样中的甲基转移酶活性,结果是令人满意的。3.基于对苯醌作为电子受体增大阴极光电流构建的分离式光电阴极传感器在双氧水存在时,G4/hemin可以作为模拟酶催化底物对苯二酚生成对苯醌,生成的对苯醌可以作为电子受体,使BiOI电极的阴极光电流增大,同时对苯醌可以与壳聚糖发生醌-氨反应,基于此,对苯醌可以通过化学键复合到BiOI/CS电极表面,使其表面与对苯醌的电子转移过程更易进行。实验中,为了排除体系中hemin本身催化作用的影响,本章利用SWCNTs吸附多余的hemin,降低背景信号。根据上述现象,本章设计生成与目标序列浓度相关的G4/hemin模拟酶,从而生成不同量的对苯醌键合到电极表面,触发不同的光电流响应,完成了对目标序列的灵敏性测定。所设计的光电阴极传感器,酶反应与光电化学检测在不同的反应单元中进行,实现了分离式检测。