晏菲/刘吉洋团队Anal Chem：二氧化硅纳米通道限域银纳米粒子增强鲁米诺-氧体系电位溶出化学发光构筑灵敏适配体传感器

电化学发光（又称为电致化学发光，ECL）具有低光学背景、灵敏度高、响应速度快以及时空可控等优点，在食品安全、临床药物检测、环境监测等领域已有广泛的应用。鲁米诺是一种常用的ECL发光体，具有无毒性、低触发电位、高发光效率和低成本等特点。针对鲁米诺-溶解氧（O₂）ECL体系，研究者们采用金属纳米粒子、过渡金属和单原子催化剂等共反应剂促进剂，以通过提高O₂转为为活性氧物种的效率而增强ECL信号。已有报道表明，金属纳米粒子电化学溶出的金属粒子能够增强鲁米诺-H₂O₂体系的ECL强度，并展现出良好的分析性能。这种将化学发光和溶出伏安法相结合的新型ECL模式称为“电位溶出化学发光（ESCL）”。然而，目前ESCL尚未应用于鲁米诺-O₂体系。因此，将金属纳米粒子应用于增强鲁米诺-O₂体系ECL强度，并开发高效的ESCL传感平台具有重要意义。

近日，浙江理工大学化学与化工学院化学系晏菲副教授和刘吉洋副教授在国际权威专业期刊Analytical Chemistry 在线发表研究论文，构建了二氧化硅纳米通道（VMSF）原位限域合成银纳米粒子（Ag NPs）的合成方法，实现鲁米诺-O₂体系的ECL信号增强，并应用于ESCL适配体传感器的构筑。

图1. (A) Ag NPs@NH₂-VMSF/ITO电极的制备示意图; (B) Ag NPs@NH₂-VMSF/ITO增强鲁米诺-O₂体系ECL信号的反应机理。(C) 基于Ag NPs@NH₂-VMSF/ITO的ESCL适配体传感器对PSA的检测机理。图片来源：Anal. Chem.

如图1所示，利用氨基功能化VMSF（NH₂-VMSF）内部孔道作为纳米反应器，首次原位限域合成Ag NPs，得到Ag NPs@NH₂-VMSF修饰氧化铟锡（ITO）电极；而NH₂-VMSF外表面作为识别域，为后续化学修饰和生物识别分子的固定提供活性位点。考察了Ag NPs@NH₂-VMSF/ITO对鲁米诺-O₂体系ECL信号的增强效果，并探究了其反应机理：一方面，Ag NPs电催化还原O₂产生超氧阴离子自由基（O₂^•−）；另一方面，由Ag NPs电化学溶出的银离子（Ag⁺）可以进一步增加鲁米诺阴离子自由基（L^•−）的产生。得益于VMSF独特的双功能区域，构建了一种基于Ag NPs@NH₂-VMSF/ITO增强鲁米诺-O₂ ECL强度的高性能ESCL适配体传感器，实现前列腺特异性抗原PSA的灵敏定量检测。

图2. (A-B) Ag NPs@NH₂-VMSF/ITO电极的SEM截面图和对应的Ag元素分布图；(C-D) 基于Ag NPs@NH₂-VMSF/ITO的ESCL适配体传感器对PSA的检测图。图片来源：Anal. Chem.

图2A-B为Ag NPs@NH₂-VMSF/ITO的SEM截面图和对应的Ag元素分布图。Ag元素分布在NH₂-VMSF层，证明所制备的Ag NPs限域在NH₂-VMSF纳米通道内部。基于Ag NPs@NH₂-VMSF/ITO的ESCL适配体传感器对不同浓度的PSA进行检测，可以发现，ECL信号强度与PSA浓度的log值呈负相关，线性范围为1 pg/mL~100 ng/mL，检测限为0.19 pg/mL（图2C-D）。所构建的ESCL适配体传感平台为设计高性能鲁米诺-O₂ ECL体系提供了新思路，并可拓展用于检测一系列与人体健康相关的重要生物标志物。

该文章的第一作者是浙江理工大学硕士研究生周晓雨。浙江理工大学化学与化工学院化学系晏菲副教授和刘吉洋副教授为共同通讯作者。该工作还得到了国家自然科学基金和浙江省自然科学基金等项目的资金支持。

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）：

Silica nanochannels as nanoreactors for the confined synthesis of Ag NPs to boost electrochemical stripping chemiluminescence of the luminol-O₂ system for the sensitive aptasensor

Xiaoyu Zhou, Yanqi Zou, Hongjuan Ru, Fei Yan*, and Jiyang Liu*

Anal. Chem., 2024, 96, 10264–10273, DOI: 10.1021/acs.analchem.4c01033

晏菲副教授简介

晏菲，博士，浙江理工大学化学与化工学院，副教授，硕士生导师。2011年于青岛大学获学士学位，2014年于浙江理工大学获硕士学位（导师奚凤娜教授），2018年于浙江大学获分析化学博士学位（导师苏彬教授）。2018年6月至今在浙江理工大学化学系工作，历任讲师、副教授。主要从事肿瘤与自身免疫疾病相关标志物的快速检测及其生物芯片的研发研究，先后主持国家自然科学基金1项、浙江省自然科学基金面上项目1项和浙江省教育厅项目1项；以第一作者或通讯作者在Anal. Chem., Biosens. Bioelectron., J. Hazard. Mater., Sens. Actuators B: Chem., J. Mater. Chem. A/B/C, Chem. Commun., Talanta等期刊上发表SCI论文30余篇，其中1篇入选ESI热点论文，2篇入选ESI高被引论文，H指数27。

刘吉洋副教授简介

刘吉洋，博士，浙江理工大学化学与化工学院，副教授，硕士生导师。浙江省高校中青年学科带头人；浙江省优秀硕士学位论文指导教师。2007年毕业于吉林大学化学学院获学士学位，2013年1月毕业于中国科学院大学长春应用化学研究所（导师汪尔康院士），获分析化学博士学位，同年3月加入浙江理工大学化学系工作；2015年7月至9月在新加坡南洋理工大学化学与生物医学工程学院陈鹏教授课题组做访问学者。主要从事基于不同维度纳米材料的光/电分析平台构建及化学/生物传感研究；先后主持国家自然科学基金2项，浙江省自然科学基金面上项目2项，浙江省科协育才工程项目1项，浙江省重点实验室开放基金重点资助项目1项，企事业技术开发与服务项目多项，作为分课题负责人承担浙江省重大研发计划项目1项，省重点研发项目1项；获浙江省自然科学三等奖1项；以第一发明人授权中国发明专利10项；以通讯作者在ACS Nano, Biosens. Bioelectron., Anal. Chem., J. Hazard. Mater., Carbon, Sens. Actuators B: Chem., Chin. Chem. Lett., Mater. Design, ACS Appl. Mater. Interfaces, J. Colloid Interface Sci., J. Mater. Chem. B/C, Talanta等学科权威期刊上发表SCI论文60余篇，其中3篇入选ESI热点论文，6篇入选ESI高被引论文，论文被引5700余次，H指数44。