电化学发光是通过电极表面的发光分子与其共反应剂发生电化学反应而释放光子的过程。它具有检测灵敏度高、稳定性好及良好的可调控性等优点，从而被广泛地应用于免疫检测、核酸分析等生物检测领域。其中无标记电化学发光检测技术作为一种新的免疫检测方法由于省略了通常繁琐的抗体标记步骤，因而更加方便简洁和灵活高效。近年来，各种新型纳米材料如石墨烯、量子点、MOF等被广泛应用于这类电化学发光传感器上。然而，由于各种纳米材料复杂的制备过程、高昂的成本以及检测性和稳定性等问题限制了这些材料的实际应用。

       近期，长春应用化学研究所金永东研究员课题组报道了基于Ru@SiO2二维膜的无标记电化学发光免疫传感器，利用微乳液法合成吡啶钌掺杂的二氧化硅纳米粒子，然后通过液-液界面自组装成膜法、在水-正己烷界面形成有序排列的单层纳米粒子薄膜，并转移到ITO玻璃表面将其作为电化学发光电极基底、进一步进行抗体的修饰和抗原检测试验；并以前列腺特异抗原（PSA）为例，构建了PSA电化学发光传感器，其中PSA与抗体的结合不仅会增大电极电阻、还会降低纳米粒子表面吡啶钌分子的释放速度从而大幅降低了其电化学发光强度，有利于通过传感器电化学发光强度的变化来灵敏检测PSA的具体浓度。详细制备方法如图1所示：

图1：纳米粒子膜的制备与免疫传感器的构建示意图。

         本文所构建的Ru@SiO₂纳米粒子膜电极具有较高的电化学发光强度，与SiO₂纳米粒子膜电极相比，其最大电化学发光强度增加了21倍左右，而与纯ITO电极相比，其最大电化学发光强度增加了600倍左右，如图2所示。这一增强现象主要是由电极界面吡啶钌分子的富集作用与SiO2纳米粒子膜的强散射作用共同作用所导致的。该体系在pH为9、以及使用三层纳米粒子膜厚度时，表现出了最好的电化学发光性能。

图2：Ru@SiO₂纳米粒子膜电极电化学发光强度与SiO₂纳米粒子膜电极、纯ITO电极的对比图。

        研究者们以三层Ru@SiO₂纳米粒子膜为基础构建了PSA免疫传感器，在pH为9的含有0.1 mM的电解液中进行了电化学发光测试。从图3 a,b可以看出，PSA浓度的对数与其对应的电化学发光强度呈良好的线性关系，其线性方程为：I = -244.00·log (CPSA)+553.85 (n= 3)。此外，所构建的电化学发光免疫传感器还表现出了良好的选择性，如图3 c,d所示。

图3：（a, b）对不同PSA修饰浓度的电化学发光强度的测试，（c, d）Ru@SiO₂纳米粒子膜电极修饰不同的干扰抗原的选择性测试。

       利用液-液界面自组装成膜法制备了多层的Ru@SiO₂纳米粒子膜电化学发光电极，与纯ITO电极与SiO₂纳米粒子膜电极相比，这一电极表现出了简单优异的电化学发光增强作用，这主要是由电极界面发光分子富集作用与SiO₂纳米粒子的散射作用共同作用所导致的。以此为基础构建的PSA电化学发光免疫传感器具有较好的稳定性和选择性，并具有较高的灵敏度（检测限低至0.169 fg·mL⁻¹）。

相关成果以“Light-Scattering and Luminophores Enrichment Enhanced Electro-Chemiluminescence by 2D Porous Ru@SiO2 Nanoparticle Membrane and Its Application in Ultrasensitive Detection of Prostate Specific Antigen”为题发表在国际化学权威杂志Analytical Chemistry上（DOI:10.1021/acs.analchem.1c02708），作者是徐晨博士，通讯作者是金永东研究员。