近些年来,在光电化学检测技术和生物识别作用结合的基础上发展出了一种新的分析方法,即光电化学生物分析。光电化学检测中激发光源和检测信号是完全分离的,使得其具有较低的背景信号,从而提高了检测的灵敏度。光电化学生物传感器具有反应迅速、灵敏度高、设计简单、设备价格低廉等优点,有望用于生物化学分析中。细胞是组成生命体的基本单元,细胞分析对临床诊断具有重要的意义。纳米半导体材料具有优良的光学、电学性质以及良好的生物相容性,已经被广泛应用在生物传感器的构建中。本论文基于硫化物半导体纳米复合物,采用形成异质结及贵金属粒子的局域表面等离子共振(LSPR)效应来增强半导体的光电转换效率,利用光电化学生物分析技术化验和监测细胞,开展了以下三方面的工作:1.基于硫化铅(PbS)量子点修饰的半导体氮化碳(C3N4)纳米片形成异质结构来提高光电转换效率和过氧化氢模拟酶(G-四联体/血红素@铂纳米粒子)的催化作用的双重信号放大策略,发展了一种新型的光电化学生物分析平台。C3N4纳米片与PbS量子点复合形成异质结后,光电转换效率极大地提高。与C3N4纳米片相比,形成异质结后,光电流增大了 10倍左右。G-四联体/血红素@铂纳米粒子能够催化H2O2分解产生电子受体(氧气),氧气接收PbS导带上的电子,有效地抑制了电子-空穴对的重组,进一步放大了光电化学信号。以C3N4/PbS异质结作为光电化学基底,基于过氧化氢模拟酶的催化作用,构建的光电化学生物传感平台成功用于H2O2的检测中。在-0.15 V的外加电压和405 nm光的激发下,该光电化学生物分析平台对外源性H2O2的浓度在10-7000 μM范围内有线性响应,3倍信噪比下得到的检测限为1.05 μM。此外,该传感器具有良好的选择性,成功实现了细胞内释放出的H2O2的测定,对于细胞监测和与氧化应激相关的疾病的诊断具有潜在的应用价值。2.基于金纳米粒子的LSPR效应作为信号放大策略,构建了一种简单的、高灵敏性的光电化学细胞传感平台,在红光(630nm)的激发下,用于细胞的无损伤检测。二维层状硫化钨(WS2)纳米片作为光电化学活性材料能够吸收长波长的红光产生光生电子,光生电子转移到ITO电极上,空穴被溶液中的电子供体抗坏血酸(AA)清除,产生阳极光电流。负载上金纳米粒子之后,由于金纳米粒子的LSPR效应增大了 WS2纳米片的光电转换效率,使得光电流提升了 31倍左右。MUC1蛋白是乳腺肿瘤细胞的一种重要标志物。以MCF-7细胞作为分析模型,MUC1适配体分子特异性捕获MUC1过量表达的MCF-7细胞。当细胞通过适配体分子被捕获到电极表面后,光电化学信号明显降低。基于捕获细胞前后光电化学信号的变化量,我们构建了一种长波长激发的光电化学细胞传感器用于MCF-7细胞的无损伤检测。在0.1 V的外加电压和630 nm光的激发下,对MCF-7细胞的线性响应浓度范围为1×102-5×106 cells/mL,3倍信噪比下得到的检测限为21 cells/mL。由于光电活性材料的低毒性且能在红光激发下产生光电化学信号,金纳米粒子的LSPR效应以及适配体分子的高度特异性,本文构建的光电化学细胞传感器表现出优良的分析性能,如能够无损伤检测、灵敏度高、选择性好等。3.通过一锅法合成了水溶性的硫化银(Ag2S)量子点,制备的Ag2S量子点在近红外光区域有强烈的吸收。基于金纳米粒子的LSPR效应作为信号放大策略,构建了一种近红外光激发的光电化学细胞传感器。Ag2S量子点与金纳米粒子复合后,金纳米粒子的LSPR效应增强了 Ag2S量子点的光电转换效率,光电流增大了 3.5倍左右。此外,近红外Ag2S量子点水溶性好,生物相容性高,毒性低,在近红外光(810 nm)激发下能产生光电流,适合作为光电化学活性材料来构建光电化学生物传感器。利用巯基苯硼酸(MPBA)与细胞表面糖基末端的唾液酸(SA)之间的特异性结合作用,将此传感器用于MCF-7细胞的定量分析以及细胞表面糖类物质的动态监测。在810 nm光激发和0.15 V偏压下,此传感器在细胞浓度为1×102-1×107 cells/mL内具有线性响应,检测限为100 cells/mL。该传感器的构建过程简单,缩短了传感器的制备时间。此外还表现出一系列优良性能,如易于组装、响应迅速、线性范围宽、对细胞无损伤等。制备的近红外光激发的Ag2S量子点可通用于光电化学生物分析平台的基底,实现生物分子的无损伤检测,具有广阔的应用前景。