预氧化策略显著增强金纳米团簇电化学发光

来源：X一MOL资讯

注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

电化学发光（ECL）是电化学与化学发光相结合的现代分析技术，因其具有设备简单、背景低、灵敏度高、检测范围广等优点，在生物分析和临床诊断中具有广泛的应用前景。在ECL分析中，探寻性能优良的ECL发光体对于改善ECL传感器的性能及拓展其应用范围非常关键。并且，探索新型高效、生物相容性好的ECL发光体对于该领域的发展具有十分重要的意义。金纳米簇（AuNCs）具有良好的生物相容性、独特的光学和电化学性质、广泛的分子结构和直接电子跃迁特性，在ECL领域引起了广泛的关注。然而，大多数AuNC ECL需要有机溶剂，而在水相体系中的研究尚处于起步阶段。此外，目前对于AuNC ECL机制的研究报道也很少，使得该领域的发展受限。

随着在水相中绿色合成荧光AuNCs的发展，众多良好亲水性和导电性AuNCs被成功制备。受以上工作启发，本文作者研究团队长期致力于开发水相体系中高性能AuNC ECL探针。近年来，他们实现了AuNCs在水相中的阴极ECL，并发现价态在其中起了关键作用。通过纳米尺度价态调控，N-乙酰半胱氨酸-AuNCs（NAC-AuNCs）的ECL强度可提高30倍，ECL效率（ΦECL）达4.11%。然而，进一步改进AuNC探针性能的空间仍然很大，特别是在其ECL机制指导下的改进。在ECL过程中，电极上的氧化还原反应起着关键作用。在本工作中，他们通过预氧化处理制备了一种ΦECL高达66%的高性能近红外、低电位发射的Met-AuNC ECL探针，并揭示了电化学预氧化增强ECL信号的机理。有趣地是，Met-AuNCs的氧化程度取决于其氧化电位，而氧化电位亦可反过来影响ECL性能的重现性和稳定性。并且，可通过AuNCs氧化程度实现ECL信号的精确调控，同时该调控还受配体壳层电子转移速率的影响。因此，AuNCs的氧化态在ECL中起着关键作用，为调控AuNCs的ECL性能提供了一个新的影响因素。此外，该研究检测仪器简便，易被研究者们广泛应用。因此，该工作同时不仅揭示了此类AuNC ECL的本质机理问题，为解决AuNC ECL的挑战性问题开辟了道路，而且丰富了其性能的基础研究，极大地拓展了AuNCs探针巨大的潜在应用价值。

图1 预氧化策略增强金簇阳极ECL机制示意图

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是福建医科大学青年教师彭花萍副教授和博士研究生黄种南。

作者简介

陈伟，福建医科大学药学院教授，博士研究生导师，享受国务院特殊津贴专家，教育部新世纪优秀人才，福建省科技创新领军人才，福建省“百千万人才工程”人选；1997年7月毕业于复旦大学化学系获学士学位，2010年9月毕业于南京大学化学化工学院获博士学位。作为项目负责人主持完成及在研的国家及省部级科研课题10余项，研究成果获教育部高等学校自然科学奖一等奖1项，福建省科学技术进步奖一等奖1项，福建省科学技术二等奖2项，福建医学科技奖三等奖1项，福建青年科技奖1项，福建省运盛青年科技奖1项，连续五年（2014-2018年）入选爱思唯尔中国高被引学者榜单；目前主要开展纳米生物医药技术研究，近年来在Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Chem. Mater.、Small、Anal. Chem.、Biosens. Bioelectron.、Chem. Commun.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Nanoscale等SCI刊物上发表研究论文117篇（影响因子10.0以上论文6篇，5.0以上论文58篇）。

https://www.x-mol.com/university/faculty/59826

彭花萍，福建医科大学药学院副教授，硕士研究生导师，福建省高层次引进人才，福建省青年拔尖创新人才，福建省“青年人才托举工程”人选。2011年6月毕业于南昌大学获微纳米材料科学与工程专业工学博士学位。2017年3月至今，先后于中国科学院上海应用物理研究所物理生物学研究室、加拿大滑铁卢大学化学系从事客座访问学者合作研究。主持国家自然科学基金、福建省自然科学基金项目等国家及省部级科研课题8项。获福建省科学技术进步奖一等奖1项（2015），江西省高等学校科技成果奖二等奖1项（2009）。主要从事纳米生物医药技术领域的研究工作。近年来在Angew. Chem. Int. Ed.、Anal. Chem.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Chem. Commun.、Chem. Mater.、Nanoscale 等SCI刊物上发表研究论文52篇（影响因子8.0以上论文16篇；影响因子5.0以上论文35篇）。

刘珏文，加拿大滑铁卢大学化学系教授，博士生导师。2000年获得中国科技大学化学本科学位。2005年获美国伊利诺伊大学化学系博士学位。自2009年起受聘于加拿大滑铁卢大学。获得加拿大化学会Fred Beamish奖，和McBryde奖章，并入选加拿大皇家学会（青年学院）。近年来发表期刊研究论文共计300余篇，包括Chem. Rev. (2), J. Am. Chem. Soc. (21), Angew. Chem. Int. Ed. (9), Anal. Chem. (20), 引用数达20000余次。H-index为66。担任Biosensors & Bioelectronics杂志核酸部分副主编，Trends in Analytical Chemistry (TrAC)，《中国化学快报》副主编，Journal of Analysis and Testing编委，和Langmuir，Analytical Methods, Sensors, Particle and Particle Systems Characterization编委会顾问。现主要从事核酸酶、纳米材料和软物质的分析化学、物理化学以及表面性质的研究。

科研思路分析

Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？

A：量子点作为一种新型ECL纳米发光体，具有发光效率高、光稳定性好、多波段发光可控及表面修饰功能化等优点。但目前大部分的量子点发光体本身的毒性极大地限制了其在生物分析中的应用。因此，发展新型高效、生物相容性好的ECL发光体用于生命分析具有重要意义。金纳米团簇作为一种新型无毒的荧光纳米材料由于其优良的光电性能得到了人们的广泛关注。然而由于其ECL强度小、量子产率低、发光机制不清楚等问题的限制，使其在ECL领域的研究鲜有报道。针对以上问题，本研究团队长期致力于功能化金纳米团簇的制备，并进一步探索其ECL性能及ECL性能影响因素，总结其规律，并揭示其ECL发光机制，期望能筛选出一系列高性能金纳米团簇ECL探针，并将其应用于各相关领域。

Q：研究过程中遇到哪些挑战？

A：本项研究中最大的挑战是目前水相金纳米团簇的研究尚少，因此可用于筛选的金纳米团簇种类很少，在验证ECL性能关键影响因素规律时研究对象受限。因此，本研究团队希望拓展水相功能化金纳米团簇的种类，方便一步探索规律及开发新型ECL探针。此外，在探针的应用方面，希望能与相关领域（尤其是临床医学领域）的研究者一起合作，进一步拓展其应用。