联吡啶钌,发光
光电化学竞争法检测生物素
光电化学竞争法检测生物素作者：刘世利等来源：《分析化学》2013年第10期摘要[HTSS]建立了光电化学系统竞争性检测生物素（Biotin）小分子浓度的方法。
采用联吡啶钌[Tris（2，2′bipyridine）ruthenium， Rubpy）]作为标记物，以氧化锡纳米颗粒为电极，草酸盐为电子供体还原标记物。
在470 nm光激发下，联吡啶钌的外层电子吸收能量后由基态变为激发态，注入半导体氧化锡纳米颗粒电极的导带，形成光电流信号；草酸盐还原失去电子的联吡啶钌使其恢复初始状态，从而可以再次作为电子供体受激发产生光电流信号。
在竞争性检测生物素（Biotin）浓度时，亲和素（Avidin）吸附到氧化锡纳米颗粒电极表面作为识别元件，在浓度大于0.5 g/L时能够达到最大的电极表面覆盖率。
1 μmol/L Rubpybiotin与不同浓度Biotin组成的混合溶液与电极表面的Avidin发生亲和反应，光激发后检测光电流大小；当溶液中Biotin的浓度增加时，致使与电极表面Avidin结合的Rubpybiotin量减少，在光照射下光电流信号降低。
这一竞争性光电检测方法检测Biotin时，检出限为8 μg/L。
本方法可进一步扩展，应用于有机化合物的竞争性免疫检测。
1引言小分子普遍存在于人类生命活动以及所处的环境中。
环境中多种持久性有机污染物也是有机小分子化合物，如多环芳香烃、氯代二苯并二恶英、多氯二苯并呋喃以及多氯联苯等。
在诸多常用的检测小分子化合物的分析方法中，基于抗体识别的免疫检测方法在速度、通量和成本方面具有显著的优势。
免疫检测小分子时，通常会采用竞争性检测的方式，即将待检测物标记后与其抗体结合产生可检测的信号；当加入未标记的待检测物时，与标记的待检测物竞争有限的抗体结合位点，导致信号下降[1]。
目前多种标记物和相关的检测方法与仪器已被开发应用，如放射性同位素、荧光染料、酶、氧化还原分子等。
目前量子产率最高的光电化学电池采用纳米TiO2颗粒膜组装在导电玻璃上，并利用表面吸附的钌吡啶化合物使之敏化[2]，Kalyanasundaram等[3]对其它宽带隙半导体电极和敏化剂也进行了研究。
有机光电材料研究进展与发展趋势
Frontier Science8有机光电材料研究进展与发展趋势◆邱勇(清华大学，北京100084）摘要：本文综述了有机光电材料的研究进展，及其在有机发光二极管、有机场效应晶体管、有机太阳电池、有机传感器和有机存储器等领域的应用；介绍了清华大学在有机发光技术方面取得的进展。
关键词：有机光电材料，有机发光二极管，有机场效应晶体管，有机太阳电池中图分类号：O62; O484 文献标识码：A0 前言有机光电材料是一类具有光电活性的有机材料，广泛应用于有机发光二极管、有机晶体管、有机太阳能电池、有机存储器等领域。
有机光电材料通常是富含碳原子、具有大π共轭体系的有机分子，分为小分子和聚合物两类。
与无机材料相比，有机光电材料可以通过溶液法实现大面积制备和柔性器件制备。
此外，有机材料具有多样化的结构组成和宽广的性能调节空间，可以进行分子设计来获得所需要的性能，能够进行自组装等自下而上的器件组装方式来制备纳米器件和分子器件。
有机光电材料与器件的发展也带动了有机光电子学的发展。
有机光电子学是跨化学、信息、材料、物理的一门新型的交叉学科。
材料化学在有机电子学的发展中扮演着一个至关重要的角色，而有机电子学未来面临的一系列挑战也都有待材料化学研究者们去攻克。
1 有机发光二极管有机电致发光的研究工作始于20纪60年代[1]，但直到1987年柯达公司的邓青云等人采用多层膜结构，才首次得到了高量子效率、高发光效率、高亮度和低驱动电压的有机发光二极管（O LE D）[2]。
这一突破性进展使OLED 成为发光器件研究的热点。
与传统的发光和显示技术相比较，OLED 具有驱动电压低、体积小、重量轻、材料种类丰富等优点，而且容易实现大面积制备、湿法制备以及柔性器件的制备。
近年来，OLED 技术飞速发展。
2001 年，索尼公司研制成功13英寸全彩OLED 显示器，证明了OLED 可以用于大型平板显示；2002 年，日本三洋公司与美国柯达公司联合推出了采用有源驱动OLED 显示的数码相机，标志着OLED 的产业化又迈出了坚实的一步；2007 年，日本索尼公司推出了11英寸的OLED 彩色电视机，率先实现OLED 在中大尺寸、特别是在电视领域的应用收稿日期：2010-7-2 修订日期：2010-8-25作者简介：邱勇（1964-），男，清华大学教授、博士生导师，清华大学党委常委、副校长，“国家杰出青年科学基金”获得者，长江学者特聘教授，有机光电子与分子工程教育部重点实验室主任，国家“十一五”863“新型平板显示技术”重大项目总体专家组组长。
【国家自然科学基金】_2,2'-联吡啶_期刊发文热词逐年推荐_20140731
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 8na 1 对映选择性 1 噻吩 1 咔唑 1 含能配合物 1 含能催化剂 1 含时密度泛函理论 1 取代反应 1 发光敏感器 1 发光性质 1 发光 1 反式效应 1 化学镀铜 1 动力学 1 切割机理 1 分子开关 1 共轭高分子配合物 1 共吸附 1 光声光谱 1 不对称加氢 1 β -酮酸酯 1 ru(bpy)2+3 1 ph 1 nmim 1 keggin型多金属氧酸盐 1 heck反应 1 f-f跃迁 1 eu(ⅲ)和gd(ⅲ) 1 dna键合 1 dna切割 1 [(p4vp)pt(c^n^n)]cl 1 4,4'-二甲基-2,2'-联吡啶锰(ⅱ)配合物 1 4,4'-二溴-6,6-二氨甲基-二乙羰基-2,2'-联吡啶 1 4,4'-二溴-6,6'-二溴甲基-2,2'-联吡啶 1 2,2'-联吡啶 1 2,2'-bipy 1
推荐指数 8 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
电化学发光免疫传感器的研究及应用现状
电化学发光免疫传感器的研究及应用现状摘要：电化学发光免疫技术是将高灵敏度的电化学发光和高特异性的免疫反应相结合的一种交叉学科研究的成果。
电化学发光主要应用在免疫系统、生物酶等方面的研究，而电化学发光免疫传感器在临床领域中有较明显的成果。
因此，本文将从电化学发光免疫传感器的研究和应用现状两个方面，对电化学发光免疫传感器进行进一步的研究，尤其在医学方面能够有更多突破，实现在更多领域中的应用。
关键词：电化学发光；免疫传感器；研究；应用现状；一、电化学发光免疫传感器的概念（一）电化学发光的概念电化学发光即电致化学发光，是一种通过在电极上施加一定电压，用来引发物质在电极表面进行电化学反应，反应产生的能量激发发光物质由基态迁移到激发态，处于激发态的物质不稳定会返回基态，在这一过程中会伴随光信号产生，产生光信号后通过光/电转换器，将光信号转换成电信号，来实现对目标物的检测。
ECL分析法不仅具有仪器简单，灵敏度高，还具有试剂用量少、时空可控性强等优点，现阶段，电化学发光技术已广泛应用于免疫分析、生物分子和其他生物分子检测中。
（二）免疫传感器的概念免疫传感器是一种将高特异性的免疫反应和高超的物理转换器结合起来的一种分析类器件。
由于免疫反应具有强的特异性，加之物理转换器的高的灵敏度，使得免疫传感器也成为一种有效检测样品的方法，受到人们的热切关注。
目前，免疫传感器也已经广泛地应用于临床医学检测等领域。
（三）电化学发光免疫传感器的概念电化学发光免疫传感器是一种将电化学发光与免疫传感器结合起来的一种具有很高免疫特性的一种装置。
利用电化学发光的高灵敏度的传感技术，再结合特异性免疫反应，最终可以达到一种对临床中微量物质进行定量的检测。
二、电化学发光免疫传感器的研究及应用电化学发光免疫传感器是将抗体或者抗原通过一定方式负载在电极上作为识别探针，当抗体与抗原发生特异性反应后，其产生的复合物与电化学发光信号之间建立一定关系，然后通过光电转换器，将光信号转换成电信号，从而对目标物进行检测。
【国家自然科学基金】_电化学发光分析_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730
推荐指数 4 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
科研热词 电化学发光 联吡啶钌 鲁米诺 红色发光 电致化学发光 毛细管电泳 材料 有机电致发光 有机电子学 有机材料 掺杂 咔唑 合成 双极传输材料 光电性能 铅离子 钌联吡啶 诊断 药物分析 荧光量子产率 舒必利 肿瘤标记,生物学 纳米铂 纳米金 纳米tio2 盐酸维拉帕米 盐酸硫必利 电致化学发光法 电化学发光法 玻碳电极 牛血清白蛋白 热稳定性 混晶 泛昔洛韦 柱端电化学发光 有机发光材料 心力衰竭 巯基乙酸 富马酸酮替芬 多壁碳纳米管 壳聚糖 增敏作用 增敏 噁二唑 嘑二唑 吡啶钌 叔丁基苯咔唑衍生物 化学修饰电极 利钠肽,脑 免疫传感器 人igg 二氧化钛纳米管
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复合纳米粒子 1 基因表达 1 图案化多孔硅 1 半导体纳米晶体 1 光谱电化学 1 光催化 1 低维纳米结构 1 二氧化钛 1 二氧化二锑 1 乙型 1 rna 1 meh-ppv 1 la蛋白 1 k-ras癌基因 1 10,10′-二甲基-3,3′-二氨基-9,9′-双吖啶 1
直接化学发光标记物合成、时间分辨荧光免疫检测
发光平台转化情况 2018年左右搭建起吖啶 酯平台，已有直接发光
产品注册
两个平台同时进展
公司名称
发光模式
中生北控 博奥生物 豪迈生物 勤邦生物 四川沃文特生 物 武汉明德 湖南远璟生物 润达医疗 科华生物 迈瑞医疗 深圳雷杜 菲鹏生物 万孚生物 珠海丽珠 利德曼 北京热景 复星诊断
碱性磷酸酶 碱性磷酸酶 碱性磷酸酶 碱性磷酸酶
0.4IU/ml
2.1 IU/mL 3.97IU/ml
检测范围
0.1-1000IU/ml 0.5-1000IU/ml 1.661660.00IU/ml 2.1-2478 IU/mL /
灵敏度
/ / 2.42IU/L
检测范围
0.5-10000IU/L 0.1-190 IU/L 2.4-15000IU/L
• 吖啶酯标记工艺面临的挑战
1）吖啶酯分子疏水性强，标记和纯化过程易出现聚沉，影响蛋白理化性质和可重复性 2）NHS易水解 3）吖啶酯在碱性溶液易水解
Ab NH2
pH 7 or 9
8
二、吖啶酯平台标记物开发
• 吖啶衍生物
吖啶酯类
吖啶磺酰胺类
9
二、吖啶酯平台标记物开发
• 商业化吖啶衍生物
DAME-NHS
• 吖啶酯PEG亲水改造
Siemens, EP2074101B1, 2007. 14
三、异鲁米诺平台标记物开发
鲁米诺衍生物的发光性能 ABEI
ABEI
ANALYTICAL CHEMISTRY, VOL. 50, NO. 8, JULY 1978
15
三、异鲁米诺平台标记物开发
• ABEI的合成
Methods in Enzymology, VOL 57, 1978, 424-445
常见化学发光体系简述..
☆ 该体系中溶液的pH增高会增强发光强度,实验 证明最佳pH为9.0，在该体系中加入水溶性的大分 子物质牛血清白蛋白(BSA)或十四烷酰氨基荧光 素与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)构成的水溶性 胶粒,可使发光强度增强400倍。
常见的化学发光体系
AMPPD化（3-磷氧酰）苯基-1,2welcome to use these PowerPoint templates, New 二氧环乙烷（ AMPPD ）。 Content design, 10 years experience ☆ AMPPD是一种超敏感的AP底物,它首先在AP 的特异催化下迅速脱磷酸基生成AMPD-阴离子中 间体(半衰期2～30 min), 此不稳定的中间体经分子 内电子转移裂解为一分子的金钢烷酮和一分子处 于激发态的间氧苯甲酸甲酯阴离子，当回到基态 时发出发出λ max为477 nm的光，并可持续几十分 钟。
常见的化学发光体系
吖啶酯化学发光体系 welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience
吖啶酯化学发光机制
常见的化学发光体系
AMPPD化学发光体系 welcome to use-1,2these PowerPoint templates, New ☆ （金刚烷） 二氧环乙烷及其衍生物的发光 体系是目前最重要、最灵敏的一类发光体系，主 Content design, 10 years experience 要代表：ALP-AMPPD发光体系。
常见的化学发光体系
电化学发光体系 welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience
电化学发光免疫法
一、概念发光免疫测定(Electrochemiluminescence immunoassayECLI)。
ECLI 是继放射免疫、酶免疫、荧光免疫、免疫测定以后的新一代标记免疫测定技术。
电化学发光法源于电化学法和化学发光法，而ECLI 是电化学发光(ECL)和免疫测定相结合的产物，是一种在电极表面由电化学引发的特异性化学发光反应，包括了电化学和化学发光二个过程。
ECL 不仅可以应用于所有的免疫测定，而且还可用于／RNA探针检测。
二、反应底物ECL 反应底物有两种：1.三氯联吡啶钌[Ru(bpy)3] 2+络合物：钌(Ruthenium Ru)，原子序数44，原子量101.07。
元素名来自拉丁文，原意是“俄罗斯”。
1827年俄国化学家奥赞在铂矿中发现钌；1844年俄国化学家克劳斯肯定它是一种新元素。
钌在地壳中的含量约为十亿分之一，是铂系元素中含量最少的一个。
钌常与其它铂系元素一起分散于冲积矿床和砂积矿床中。
钌有7种天然稳定：钌96、98、99、100、101、102、104。
钌为银白色金属，熔点2310℃，沸点3900℃，密度12.37×103/m3 。
钌的化学性质不活泼，在空气和潮湿环境中稳定；不溶于酸和王水，溶于熔融的强碱、碳酸盐、氰化物等；到900℃，时能与氧反应；加热时能与氟、氯、溴反应；钌有形成配位的强烈倾向，还有良好的催化性能。
钌是铂和钯的有效硬化剂；金属钛中加入0.1%的钌就可大大提高耐腐蚀性；钌钼合金是一种超导体；含钌的催化剂多用于石油化工。
2.三丙胺(Tripropylamine，TPA)三、电化学发光反应原理电化学反应过程：在工作电极上(阳极)加一定的电压能量作用下，二价的三氯联吡啶钌[Ru(bpy)3]2+ 释放电子发生氧化反应而成为三价的三氯联吡啶钌 [Ru(bpy)3]3+，同时，电极表面的TPA也释放电子发生氧化反应而成为阳离子自由基 TPA+ ，并迅速自发脱去一个质子而形成三丙胺自由基 TPA·，这样，在反应体系中就存在具有强氧化性的三价的三氯联吡啶钌[Ru(bpy)3]3+和具有强还原性的三丙胺自由基 TPA·。
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去活性。为解决这个问题，人们发展多种替代固定材料，如Nation和氧
化物纳米粒子或碳纳米管或石墨烯等的复合物材料、其它离子聚合物或 其复合物、纳米材料如金纳米粒子和氧化物纳米粒子等。目前文献上报
道对Ru(bpy)32+及其衍生物的固定化方法已经有很多，像LangmuirBlodgett、自组装、离子交换聚合物薄膜和溶胶-凝胶(sol-gel)技术等，但 效果都不是特别理想，因此需要寻找新的固定化方法来发展更稳定而灵
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中心离子
配体 联吡啶钌类螯合物的配体共轭程度越高， 发光效率越高。
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发光类型
生物发光 光源激发发光 化学发光 电化学发光
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Jablonski diagram
S2 S1
Absorption
联吡啶钌电致化学发光体系
2010.12.08
联吡啶钌电致化学发光体系
1
电致化学发光
2
联吡啶钌
3
联吡啶钌电致化学发光机理
联吡啶钌衍生和固化
4
Your company ogan
电致化学发光
电致化学发光也称电化学发光，其基本过程是在电极表 面产生的电活性物质经历电子转移反应形成激发态，之后激 发态能量以光的形式释放出来。
*
Your company slogan
联吡啶钌液 相电致发光
发光较强，价格昂贵，不 能重复使用
联吡啶钌固 相电致发光
联吡啶钌水溶，目前各种 固定效果均不是很理想
联吡啶钌衍 生和固定
水溶性低的衍生物，发展 新的固定方法
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联吡啶钌衍生物
（bpy)2Ru(phenCl4)(PF6)2
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循环伏安图
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The end,thank you!
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针对[Ru(bpy)3]2+-胺类共反应结构体系的电化学发光反应机理，对一直沿用的 分子间氧化还原反应进行改进，设计一种基于分子内电子转移的[Ru(bpy)3]2+一电 子供体结构，借助分子内电f转移实现氧化态三联吡啶钌[Ru(bpy)3]+)的还原，产生
ECL。
3 2 1
Internal conversion
T1
Fluorescence or Delayed luminescence Phosphorescence Or afterglow
S0
Your company slogan
电化学发光原理图
TPA TPA
+●
●
3+ R u ( b py ) 3
Ru(bpy) 3 R u ( b p y )32 + 光 子( 6 2 0 n m )
4000
ECL intensity(a.u.)
3000
2000
1000
0 -50 0 50 100 150 200 250 300 350
Time(s) Your company slogan
电化学发光试剂
常见的ECL试剂有9,10-二苯基蒽、光泽精、联吡啶钌、过氧化草酸酯、 鲁米诺和量子点等。 在众多电化学发光体系中，由于联吡啶钌Ru(bpy)32+具有水溶性好，化 学性能稳定，氧化还原可逆，发光效率高，应用的pH范围较宽，可电化学再 生和激发态寿命长等特点而广泛应用于ECL的研究中。所以该体系一直是电 化学发光领域研究的热点。
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图为设计合成的不同长度碳链连接的双核[Ru(bpy)3]2+配合物。用共轭
基团将两个活性中心连接构成的双核钌金属配合物由于电子偶合作用的存在 显示了较高的电化学发光强度。
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联吡啶钌固定化
Nation由于和联吡啶钌具有较好的结合能力，很早就被用于联吡啶 钌的固定。但是联吡啶钌容易扩散到Nation的疏水区而导致联吡啶钌失
敏的电致化学发光传感器。
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电纺丝聚丙烯腈-丙烯酸纳米纤维膜(PAN-co-PAAnfm)通过静电作用富集[Ru(bpy)3]2+
电纺丝聚丙烯腈-丙烯酸纳米纤维膜(PAN-co-PAAnfm)成功聚合在玻碳电极 (GCE)表面。扫描电子显微镜(SEM)图像显示电纺丝膜由直径约为160nm相同的交织 的纳米纤维组成，阳离子发光探针[Ru(bpy)3]2+ 首次通过静电作用力固定在带负电的 聚丙烯腈-丙烯酸纳米纤维膜修饰的玻碳电极表面。将([Ru(bpy)3]2+ 固定在聚丙烯腈丙烯酸纳米纤维膜上与固定在普通聚丙烯腈-丙烯酸沉积涂层上相比，大大提高了其 电化学和电化学发光信号(ECL) ，也就是说，通过静电纺丝技术可以获得100多倍的 电化学发光信号。
近年来，人们为了寻找具有更优异ECL性能的物质，合成了很多联吡啶钌 衍生物。据文献报道，联吡啶钌类配合物的配体共轭程度越高，发光效率越高。 由于联吡啶钌水溶性非常好，由此带来了固定化较难的问题。用邻菲罗啉取代 一个联吡啶，并在邻菲罗啉配体上引入了卤素取代基，实验结果证明该衍生物 能够降低配合物的水溶性。