一石二鸟：通过嫁接钌配合物对多层Ti3C2Tx MXene进行表面功能化和剥离，实现导电性增强的电致化学发光

癌症的早发现、早诊断和早治疗是提高癌症患者生存率及治愈率的关键。粘蛋白1 (MUC1) 是一种肿瘤标志物，研究表明它在多种癌症（如乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌、前列腺癌等）早期含量显著增加，因此，研究灵敏度高、选择性好且快速准确的MUC1检测方法对于上述癌症的早期诊断具有重要意义。

电化学化学发光 (ECL) 分析技术结合了化学发光法的超灵敏性和电化学分析的高可控性，具有低背景、高选择性、低检测限和宽响应范围等优点，为肿瘤标志物的高灵敏检测提供了可能，因而在癌症的早期诊断方面具有重大应用前景。

二维 (2D) 纳米片具有高比表面积和充分暴露的后修饰位点，可显著增加ECL发光试剂的固载量，因而是构建高性能ECL材料的理想载体。然而，作为ECL试剂载体的传统2D纳米片导电性较差或者几乎不导电，极大地限制了所固载ECL试剂的电化学活化，从而导致ECL试剂被激发比例不高，利用率较低。为了克服这一缺点，西南大学肖冬荣教授（点击查看介绍）、袁若教授（点击查看介绍）等提出可利用高导电性的2D超薄纳米片作为载体，从而同时提高ECL发光试剂的固载量和利用率。作为继石墨烯之后的一类新型2D纳米材料，二维MXene不仅具有超高的导电性和比表面积，而且MXene表面的亲水基团（OH、O或F等）也有利于其表面功能化，实现ECL发光试剂的稳定固载。此外，多层MXene的剥离方法研究也吸引了广泛的研究兴趣。因此，同时实现多层MXene的表面功能化和剥离是一个极具价值和挑战性的课题。

基于上述考虑，肖冬荣、袁若教授等利用高导电性的二维Ti₃C₂T_x MXene纳米片作为载体，通过脱水缩合反应和静电相互作用嫁接Ru(bpy)₂(mcpbpy)²⁺ (mcpbpy = 4-methyl-4'-(3-carboxypropyl)-2,2'-bipyridine)。有趣的是，Ru(bpy)₂(mcpbpy)²⁺起到了“一石二鸟”的作用，既作为ECL发光团、又作为插层分子，成功地实现了多层Ti₃C₂T_x MXene的表面功能化与剥离，获得了Ru配合物嫁接的2D超薄Ti₃C₂T_x MXene纳米片 (Ru@MXene)。由于二维超薄Ti₃C₂T_x MXene纳米片的高固载能力和超强的导电性，所获得的Ru@MXene具有优异的ECL发光性能；与非导电二维金属有机超薄层 (MOLs) 作为载体嫁接Ru(bpy)₂(mcpbpy)²⁺构建的Ru@MOL相比，Ru@MXene的ECL强度和ECL效率分别提高了约5倍和1.7倍。基于Ru@MXene的优异ECL性能，研究者将其用作信号探针，并结合DNA信号放大技术，构建了灵敏度高、稳定性好的ECL生物传感器，成功实现了对MUC1的超灵敏检测 (检测范围100 ag/mL ~ 10 ng/mL，检测限为26.9 ag/mL)。该工作不仅拓宽了MXene在生物传感领域的应用范围，而且证明了导电性在设计高性能ECL材料中的重要作用，从而为设计合成高性能ECL材料提供了新的思路。

图1. 多层Ti₃C₂T_x MXene的表面功能化和剥离示意图及导电性对ECL强度和效率的增强效果图。

图2. (A) MUC1(目标物)诱导的循环放大策略；(B) ECL生物传感器的制备过程及检测原理。

这一研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者为西南大学化学化工学院硕士研究生黄维，西南大学化学化工学院肖冬荣教授和袁若教授为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Two Birds with One Stone: Surface Functionalization and Delamination of Multilayered Ti₃C₂T_x MXene by Grafting a Ruthenium(II) Complex to Achieve Conductivity-Enhanced Electrochemiluminescence

Wei Huang, Yu Wang, Wen-Bin Liang, Gui-Bing Hu, Li-Ying Yao, Yang Yang, Kun Zhou, Ruo Yuan*, Dong-Rong Xiao*

Anal. Chem., 2021, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c04782

导师介绍

肖冬荣

https://www.x-mol.com/university/faculty/13983

袁若

https://www.x-mol.com/university/faculty/13979