一、电致化学发光
电致化学发光（Electrogenerated chemiluminescence, ECL）是指用电化学方法作为激励手段引发化学发光的一种分析技术。由于具有低背景、高灵敏、设备简单和电位可控等诸多优点，ECL已成为分析化学工作者重点关注的研究领域之一。2002年科学杂志上报道了首支有机硅纳米粒子的电致化学发光，其后各种不同种类、大小、形状的的纳米材料纷纷被发现并用于ECL分析研究，其中纳米粒子（naoparticles, NPs）已经被广泛应用在ECL原理设计、生物标记以及各种物传感器中，比如：生物小分子检测、免疫分析、DNA分析、金属离子检测以及细胞传感研究。其中量子点（quantum dots, QDs）作为半导体纳米晶，因为其独特的物理化学性能：高比表面积、粒径可控、量子尺寸效应、强氧化还原以及抗光漂白能力，被广泛用作ECL发光体，在生物传感中有着广泛的应用。
二、量子点
量子点是指粒径范围介于2~20 nm的分子或原子团簇，原子数一般介于1000~10000之间。根据1962年提出的Kubo理论，当粒子尺寸接近纳米级时，能级将分布在费米面附近，原先宏观状态下的准连续能级会发生离散，形成类似分子的离散能级。因此，纳米粒子的光电物理性能会发生显著变化，体现出量子粒子尺寸效应。近年来，为了克服传统分子发光体发光不可控、容易发生光漂白等诸多缺点，人们在大力研究发掘QDs具有独特的性质，并将量子点研究逐渐由起初的有机相转移至更容易应用于生物体系的水相，开拓出了一台极富应用前景的领域，实现了对传统荧光生物分析的重要补充和发展。由于量子点有非常大比表面积，表面活性非常高，同时拥有类似分子的分裂能级，并且可以通过控制其生长时间控制其粒径和分子能隙，因而QDs具有强氧化还原能力和优良的可控光电催化活性，能对光产生非线性响应，具有较高的量子产率。
QD的这些独特的性质使其能够在比较宽的波长范围下被激发，发射出狭窄且对称的发射光谱。因此不同于传统荧光分子，不同种类或尺寸的QDs可以由单波长光源同时激发，得到不同发光的荧光分辨光谱，为实现多通道快速检测提供了新的解决方案。尽管QDs的低量子产率一直受到诟病，但是经过科研工作者不断地改进，一些QDs的量子产率已经可以达到或甚至超过传统的有机染料，同时在耐光性和抗光漂白能力方面却远远超过传统染料。QDs优良的光学性质拓展了荧光物质在离子检测、生物成像、免疫分析和细胞传感器等方面的应用。
三、量子点电致化学发光
量子点ECL是利用电极对发光物质施加电压使得其被氧化或还原，随后使其与还原物质/氧化物质反应生成相对稳定的激发态物质，利用光电倍增管测量其跃迁回基态时辐射出的光子。如Figure 1-3所示，当反应物（R1, R2,…, Rn）在电极表面发生氧化还原生成活泼的中间态（P1¢, P2¢, …, Pm¢），这些不稳定中间态再通过相应的反应生成激发态，进一步反应后生成最终产物（P1, P2, …, Pm），该过程通常会释放能量（-DG），能激发溶液中的M至激发态M*，该激发态M*再经弛豫过程跃迁回基态，发生辐射跃迁而释放出光子，这就是ECL发光的一般过程。 |
