光致电化学（Photoelectrochemical,PEC）生物传感器作为一种高效、灵敏的分析方法,兼具光学分析和电化学分析的优点,为肿瘤的诊断提供了强大的技术支持。在PEC生物传感器的构建中,高活性光电材料和传感策略的设计是提高传感器性能的关键。电极材料的光电转换效率直接影响传感器的灵敏度和响应速度,而信号放大技术则能够进一步提高PEC生物传感器的检测性能。因此,本论文设计一系列新型光电纳米材料,通过构建内建电场、改变材料光吸收效率、改变电子转移路径等策略,提高材料的光电转换效率,进而结合目标物转换和各种核酸放大技术构建光电生物传感器,实现对肿瘤标志物的超灵敏检测。具体工作如下:1.以多孔碳球作为猝灭剂通过目标物改变电极的光吸收效率构建的OFF型光致电化学生物传感器目标物识别后光电流信号的变化值决定了“信号降低型”（signal off）光致电化学生物传感器的灵敏度,而猝灭剂效率决定了光电流信号的降低值。传统的光电流猝灭剂通常是导电性较差的材料,它们能增强空间位阻,抑制电子的转移。但其猝灭效率有限,有待进一步提高。因此,本文以g-C₃N₄为光电材料,多孔碳球作为猝灭剂构建了一种新型的“signal off”PEC生物传感器。多孔碳球由于优异的光吸收能力,能够有效的猝灭g-C₃N₄的光电流信号,其猝灭原因有两个:（a）竞争光吸收和（b）竞争电子供体以降低光生电子和空穴的数量,导致电荷分离效率低,从而有效地猝灭光电流信号。这种新的猝灭机制不同于以往的基于位阻效应的猝灭机制。该PEC生物传感器在10 fmol/L至10 nmol/L的VEGF165浓度范围内具有线性响应,检测限为3 fmol/L。通过调节光吸收效率使光电流信号降低的方法将为其他PEC生物传感器的设计提供新的设计方向。2.基于Ti₃C₂-BiVO4异质结构复合材料和目标物引起的双重信号放大策略构建的ON型光致电化学生物传感器在上一个工作中利用g-C₃N₄作为光电材料,由于电子和空穴的复合率较高,导致光电流信号低,因此需要进一步提高提高光电流信号,目前通常是将多种光电材料结合在一起构建共敏化体系。然而,如何找到具有匹配能级梯度和强界面接触的级联敏化剂仍然是一个难题。本文中我们将导电性良好的Ti₃C₂材料与BiVO4复合,得到的肖特基结构产生的内建电场能有效地抑制光生电子-空穴对的复合,从而增强Bi VO4的光电信号。接着以此为基底,结合目标物诱导的酶辅助双重信号放大策略构建了ON型的光电传感器。肖特基结构的设计不仅可以在不考虑能级匹配的情况下提高光电材料的光电转换效率,还可以提供良好的界面接触以促进电子转移,从而产生较高的光电流信号,为了进一步提高检测灵敏度,采用T7核酸外切酶辅助的双重信号扩增策略,实现将少量的目标物蛋白转化为大量的DNA。最后,DNA双链结构能够固载大量的有机染料亚甲蓝,从而有效的增强Ti₃C₂-Bi VO4的光电流信号。该PEC生物传感器检测VEGF165的检测范围为10 fmol/L至100 nmol/L,检测限为3.3 fmol/L。该生物传感器为临床诊断中生物标志物的高灵敏度检测提供了一个新平台。3.基于硫掺杂的钨酸铋缺陷型纳米材料Bi₂WO₆-XSX构建的高灵敏光致电化学生物传感器在上一个工作中,我们利用合成的Ti₃C₂-BiVO4肖特基异质结产生的内建电场来显著的提高光电流信号。然而,肖特基中两种材料的界面会增加电子传输距离,所以对光电性能的增加很有限,为了进一步提高PEC性能,本工作通过掺杂改变材料本身的能带结构,提高光电转换效率。本工作通过水热法一步合成硫掺杂的钨酸铋缺陷型纳米材料Bi₂WO₆-XSX。将S通过掺杂引入到Bi₂WO₆中,可以改变Bi₂WO₆的能带宽度和增强光吸收,以促进电子和空穴的分离,从而有效的增强了光电流信号。Bi₂WO₆-XSX的合成为PEC生物传感器的构建提供了新颖的光电材料。为了进一步提高检测的灵敏度,借助双链特异性核酸酶（DSN）诱导的目标物循环放大技术将目标物转换为大量的DNA,从而固载大量的猝灭剂SiO2来降低光电流信号,实现对目标物的灵敏检测。该PEC生物传感器对miRNA-141在1 fmol/L至10 nmol/L范围内具有良好的分析性能,检测限为333 amol/L。