第一作者：Huiqing Lv

通讯作者：张瑞中，卢小泉

通讯单位：天津大学，西北师范大学

研究内容：

开发低成本、水溶性和近红外(NIR)发射电化学发光体 (ECLphores) 对于生物应用非常重要。在这项研究中，通过简便的一锅湿化学还原法合成了明亮的近红外电致化学发光 (ECL) 发光铜纳米簇 (Cu NCs)。在过硫酸钾的存在下，得到的Cu NCs的ECL性能得到最大强度为735 nm，相对于其他所有Cu NCs至少有135 nm的红移。利用电化学、光致发光(PL)和Spooling ECL光谱跟踪了Cu NC的近红外ECL发射，这些发射均属于单体激发态。由于牛血清白蛋白(BSA)具有丰富的靶向生物分子的结合位点，因此首次以BSA模板化的Cu NCs作为标签，以甲胎蛋白抗原(AFP)为模型蛋白制备了三明治型ECL免疫传感器。在不辅助任何信号放大策略的情况下，所提出的近红外 ECL 生物传感器表现出宽线性范围（1-400 ng mL^-1）和低检测限（0.02 ng mL^-1）以及优异的选择性和重现性，并成功地应用于真正的人类血清样品测定。这项工作为开发用于大规模和新兴纳米技术应用的新型非贵金属纳米团簇奠定了基础。

示意图1 所提出的 ECL AFP 免疫传感器的制造程序示意图

要点一：

该研究报告了一种低成本和水溶性的 Cu NCs的ECLphore，它是通过简便的一锅湿化学还原法合成的，并且能够进行近红外 ECL。获得的Cu NCs表现出强溶液和固态PL，绝对量子产率为1.35%。使用循环伏安法和微分脉冲伏安法探测了Cu NCs的电化学性质，并揭示了水提供的电化学溶剂窗口内的一种准可逆还原。Cu NCs在湮灭过程中没有产生ECL，但在K₂S₂O₈的加入下产生了强烈的ECL，其最大强度为735 nm，相对于其他Cu NCs至少有135 nm的红移。Spooling ECL 光谱用于跟踪归因于单体激发态的NIR ECL发射。

要点二：

由于BSA具有丰富的靶向生物分子的结合位点，研究利用当前Cu NCs作为标签，AFP作为模式蛋白构建了三明治型ECL免疫传感器。所提出的基于Cu NCs的ECL生物传感器表现出1-400 ng mL^-1的宽线性范围和0.02 ng mL^-1的低检测限以及出色的选择性和重现性，无需辅助任何信号放大策略。基于其在温和合成条件下的高产率、前驱体的丰富和低成本以及独特的性质，设想这项工作将激发新型非贵金属纳米簇的发展，用于涉及近红外电生成化学发光纳米材料的新兴生物应用。

图1：(A)合成后的 Cu NCs 的低分辨率 TEM 图像。A 的插图显示了 Cu NCs 的高分辨率 TEM 图像（右上）和尺寸分布直方图（右下）。(B) 游离 BSA 配体和 BSA 封端 Cu NCs 的 FTIR 光谱。(C) Cu NCs 中 Cu 2p 的高分辨率 XPS 光谱。(D) Cu NCs 的紫外可见吸收 (黑色)、PL 激发 (红色) 和发射 (蓝色) 光谱。插图显示了在日光（a 和 c）和紫外光（365 nm，b 和 d）照射下的 Cu NCs 粉末（a 和 b）和水溶液（c 和 d）的照片。

图2：在(A)不存在和(B)存在0.1 M K₂S₂O₈的情况下，Cu NCs修饰的GCE的循环伏安图和相应的ECL电位曲线。插图是Cu NCs修饰的GCE的差分脉冲伏安法（DPV）。

图3: (A)在含有0.1 M KCl的0.1 M PBS (pH = 7.4)中使用0.1 M K₂S₂O₈对Cu NC 改性GCE进行Spooling ECL光谱分析。(B, C)用于演化(B)和退化(C)模式的堆叠Spooling ECL光谱。(D)Cu NCs(红线)的PL光谱和Cu NCs/K₂S₂O₈ (蓝线)在0.1 M PBS (pH = 7.4)和0.1 M KCl中的累积ECL光谱。(E) Cu NC的发光光谱和ECL累积光谱对应的CIE颜色空间坐标。

图4：(A) (a) GCE，(b) GCE|Au NPs，(c) GCE|Au NPs|Ab1，(d) GCE|Au NPs|Ab1|BSA， (e) GCE|AuNPs|Ab1|BSA|AFP，(f) GCE|Au NPs|Ab1|BSA|AFP|Ab2-Cu NCs在PBS (0.1 M, pH = 7.4) 10 mM [Fe(CN)₆]³⁻/[Fe(CN)₆]⁴⁻含0.1 M KNO₃的溶液中获得的电化学阻抗谱(EIS)。A的插图显示了a-c在高频区域的放大模式。(B) 使用0.1 M K₂S₂O₈的体系的 ECL 时间曲线：(a) 裸GCE电极，(b) GCE|Au NPs, (c) GCE|Au NPs|Ab1, (d) GCE|Au NPs|Ab1|BSA, (e) GCE|Au NPs|Ab1|BSA|AFP, 和 (f) GCE|AuNPs|Ab1|BSA|AFP|Ab2-Cu NCs。(C) 基于Cu NC的免疫传感器在0.1 M PBS/KCl (pH = 7.4)溶液中的ECL时间曲线，该溶液含有0.1 M K₂S₂O₈和不同浓度的AFP（从a到i：0、1.0、5.0、10、25、100、200、300 和 400 ng mL^-1 ，通过以400 mV s^-1的扫描速率扫描0 V和1.6 V之间的电位。(D) AFP测定相应的校准曲线。(E)基于Cu NCs的AFP生物传感器的选择性：(a)空白；(b) 200 ng mL^-1 AFP；(c) 200 ng mL^-1 AFP和2 μg mL^-1 CEA的混合物；(d) 200 ng mL^-1 AFP 和 2 KU mL^-1 CA19-9的混合物；(e) 200 ng mL^-1 AFP、2 μg mL^-1 CEA 和 2 KU mL^-1 CA19-9的混合物。(F)基于 Cu NCs 的免疫传感器在10次独立实验中的重现性和稳定性（AFP 浓度：200 ng mL^-1）。

参考文献

Huiping Lv, Ruizhong Zhang,* Shanshan Cong, Jinna Guo, Mingzheng Shao, Wendong Liu,

Libing Zhang, and Xiaoquan Lu*. Near-Infrared Electrogenerated Chemiluminescence from Simple Copper Nanoclusters for Sensitive Alpha-Fetoprotein Sensing. Anal. Chem. 94(2022) 4538–4546