近日，我校第一临床学院王诗君（2019级五年制临床医学专业）、康子琪（2020级五年制临床医学专业）本科生团队在实验教学管理中心臧广超副教授、研究生院张玉婵副教授等共同指导下，在三联吡啶钌电位分辨发光机制研究中取得创新性成果。该成果以题为”Particle Size-Controlled Oxygen Reduction and Evolution Reaction Nanocatalysts Regulate Ru(bpy)32+’s Dual-potential Electrochemiluminescence for Sandwich Immunoassay”在线发表于中科院综合类一区TOP期刊《Research》。
多信号输出系统在电致化学发光生物识别系统中可显着提高检测准确性和效率，而缺乏电位分辨发光体对和复杂体系化学串扰阻碍其发展。该研究团队提出简约型多信号电致化学发光比率免疫传感新策略。采用三(2,2'-联吡啶)Ru(II)配合物（Ru(bpy)32+）作为唯一发光体，开发可控纳米微尺度氧还原反应（ORR）、析氧反应（OER）贵金属纳米催化剂，实现高性能电位分辨发光。为此，团队合成一系列金纳米粒子(AuNPs）/还原氧化石墨烯(Au/rGO)复合材料，通过调控贵金属纳米粒子粒径促进和调节Ru(bpy)32+多信号发光。
实验结果表明，随AuNPs粒径增加（3～30 nm），复合材料催化剂对Ru(bpy)32+的阳极ECL促进能力先减弱后增强，而阴极ECL促进能力先增强后减弱。具有较小和较大AuNPs粒径的Au/rGO可分别显著增强Ru(bpy)32+的阴极和阳极发光。且这种促进性能优于绝大多数已报道的Ru(bpy)32+发光促进剂。
图一 通过调控Au/rGO中AuNPs的粒径对Ru(bpy)32+阳极发光和阴极发光的转化
研究团队深入探讨了Au/rGOs在调节Ru(bpy)32+双电位ECL转化过程中的反应机制（图一）。Ru(bpy)32+的阴极发光反应过程与ORR密切相关，活性氧（ROS）可显著增强其发光。根据d能带理论以及贵金属粒径对ORR催化性能的调控，中小粒径Au/rGO既能催化ORR产生充足ROS，又能避免彻底反应产生过多H2O，因此可显著促进Ru(bpy)32+的阴极ECL。此外，基于•OH对Ru(bpy)32+阳极发光过程的促进性能，和O2对Ru(bpy)32+激发态非辐射途径的淬灭作用，及Au/rGO介尺度可调的OER催化能力，研究团队发现较大粒径Au/rGO作为一种较弱的OER反应催化剂，能够实现•OH的大量生成，同时避免过多的O2产生。这一特性使得较大粒径的Au/rGO对Ru(bpy)32+阳极发光表现出显著的促进作用。这一成果将为进一步优化多信号策略在生物检测领域的应用提供重要理论依据和实践指南。
图二比率法免疫传感器构建策略及电位分辨单发光体比率ECL免疫传感平台构建
基于多信号输出策略的提出，研究团队设计了一种新型比率免疫传感构建策略（图二）。通过使用Ru(bpy)32+的发光促进剂而非发光体作为抗体标签，将传统的双发光体比率体系简化为单发光体实现生物信号分辨，显著降低复杂体系中的化学串扰。该系统具有10−7～10−1ng/ml痕量生物标志物检测能力。本研究解决了以往Ru(bpy)32+大分子共反应物稀缺的问题，拓宽了其在生物材料检测中的应用。此外，对ORR、OER催化剂调节Ru(bpy)32+电位分辨发光详细机制的系统阐明促进对ECL过程的理解。此成果对于进一步开发具有多信号输出功能的平台具有重要参考价值，并在提高生物分析和疾病诊断领域的检测精度与再现性方面具有重大意义。
重庆医科大学王诗君（本科生）、康子琪（本科生）、朱姝（实验师）为该文的并列第一作者；臧广超副教授，张玉婵副教授和重庆大学王贵学教授为该文的通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、金凤实验室基金、重庆医科大学卓越医学本科生导师制(EMTS)等项目以及重庆大学国家生物产业基地公共实验中心的支持。
近年来，实验教学管理中心在“EMTS”框架下，积极开展院系、校校合作，持续推进大学生创新人才培养。此项成果是继2022年该本科生团队在《THERANOSTICS》（IF=11.6）发表题为“Recent advances and future prospects of the potential-resolved strategy in ratiometric, multiplex, and multicolor electrochemiluminescence analysis”的长文综述后，在科研创新领域的又一新成果。
原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0117
https://www.thno.org/v12p6779.htm
