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成像电化学发光层以剖析浓度依赖性光强度以进行准确的定量分析

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Beijing Zhongke Journal Publising Co. Ltd.

使用 ECL 显微镜对 ECL 层 (TEL) 厚度变化随(Ru(bpy)32+)与 TPrA 浓度比的增加进行成像的图示。

image: 无论 Ru2+的浓度如何，显微成像和有限元模拟发现只要 (Ru(bpy)32+) (Ru2+) 与三正丙胺 (TPrA) 的浓度比足够大，“催化途径”电化学发光 (ECL) 就非常显着。在对共反应物类型的分析物进行定量 ECL 分析时，不能忽视该途径的影响，因为它不仅可能导致非线性校准曲线，而且有利于在低浓度范围内获得高分析灵敏度。苏教授团队绘制。 view more 

Credit: 北京中科期刊出版有限公司

近日，《先进传感器和能源材料》杂志在线发表了浙江大学Su Bin教授团队的研究成果。 电化学发光 (ECL) 是由激发态的辐射衰变产生的光发射，该激发态由涉及电化学产生的物质的放能电子转移反应形成。 最常研究的 ECL 系统之一是由三 (2,2'-联吡啶) 钌 (Ru(bpy)32+) 作为发光体和三正丙胺 (TPrA) 作为共反应物组成的系统，显示出高分析灵敏度，因为 其接近零的背景，在电极表面附近连续再生和发射 (Ru(bpy)32+)。 有了这个系统，已经制定了各种策略来匹配各种应用，其中 ECL 的强度通常被测量为信号，例如，在疾病生物标志物的免疫测定中。 此外，还可以在使用自由扩散或固定化 (Ru(bpy)32+) 作为发光体的溶液中检测各种共反应物类型的化合物，例如草酸盐、生物分子、酰胺等。

 

然而，从(Ru(bpy)32+)和 TPrA 生成 ECL 遵循一个相当复杂的方案，涉及多个平行的竞争反应路线，具体取决于分析策略和(Ru(bpy)32+)和 TPrA 的浓度。例如，在基于微珠的免疫测定中，结合到珠表面的(Ru(bpy)32+)通过所谓的“低氧化电位途径”与电生成的 TPrA+• 和 TPrA• 反应产生 ECL，其中 TPrA 充当牺牲试剂和测量的 ECL 强度与免疫捕获的蛋白质生物标志物的数量成正比。当(Ru(bpy)32+)和 TPrA 在溶液中自由扩散时，反应过程以低浓度  (Ru(bpy)32+)的所谓“氧化还原路线”为主，而如果(Ru(bpy)32+)的浓度超过 100 μM，就会出现“催化途径”的贡献。此外，还存在一些其他路线，它们总是一起参与，并且根据  (Ru(bpy)32+)的浓度进行的反卷积是不明确的。

 

为了揭示不同反应路线对整个 ECL 过程的贡献，他们报告了一种通过结合使用微线电极和 ECL 显微镜来监测 ECL 层 (TEL) 厚度变化的新方法。如图 1 所示，一块碳纤维水平放置在由聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 制成的电化学电池中，作为工作电极，通过显微成像可以看到 TEL 周围的 TEL。与他们最近报道的微管成像方法相比，当前基于微线的平台易于构建，无需复杂的化学准备。此外，碳纤维的圆柱形线结构允许反应物和中间体在溶液中进行三维自由扩散，从而避免了用微管电极观察到的 ECL 层的空间重叠，能够更准确地揭示 ECL 层的延伸。进一步结合有限元模拟，他们打算探索 TEL 随(Ru(bpy)32+)与 TPrA (cRu/cTPrA) 浓度比的变化，并了解其背后的机制起源。最后，破译了这种浓度依赖性机制对准确定量分析的具体影响，以检测共反应物类型的分析物。

 

综上所述，通过结合使用碳纤维电极和显微成像，他们从 (Ru(bpy)32+)到 TPrA观察到 ECL 层在电极表面明显延伸。即使 (Ru(bpy)32+)的浓度低至 50 μM，其厚度也明显大于根据“氧化还原途径”估计的厚度。这种现象表明，只要(Ru(bpy)32+)与TPrA 的浓度比足够大，而不管(Ru(bpy)32+)的浓度如何，“催化途径”的贡献显着。此外，在共反应型分析物的定量分析中，“催化途径”有助于在低浓度范围内实现高灵敏度，但在全浓度范围内产生非线性校准曲线。对于难以氧化的共反应物类型的分析物，“催化途径”的贡献不显着或不存在，因此校准曲线是单调线性的。他们相信对浓度依赖性反应机制的基本了解有助于进行精确的定量分析。这种基于微线的成像方法也适用于其他 ECL 反应系统。

 

研究详情请见原文：

Imaging electrochemiluminescence layer to dissect concentration-dependent light intensity for accurate quantitative analysis

https://doi.org/10.1016/j.asems.2022.100028

Journal

Advanced Sensor and Energy Materials

DOI

10.1016/j.asems.2022.100028

Article Title

Imaging electrochemiluminescence layer to dissect concentration-dependent light intensity for accurate quantitative analysis

Article Publication Date

4-Jul-2022

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