一种电化学发光系统

摘要

本发明公开了一种电化学发光系统，包括：一作为强还原剂的锡离子或其化合物；一可以通过氧化还原反应形成激发态而发光的发光基团；以及一作为还原剂和发光基团实施氧化还原反应的电解质缓冲体系。以及该放光体系的电化学发光方法。本发明的优势在于所构建的电化学发光系统具有高灵敏、pH工作范围宽、组分和产物对人体和环境没有毒害等特点。

权利要求

1.一种用于对痕量分析物的定性和定量测定的电化学发光系统，包括：一作为强还原剂的SnCl2；一可以通过氧化还原反应形成激发态而发光的三联吡啶钌发光基团；以及一作为还原剂和发光基团实施氧化还原反应的磷酸电解质缓冲体系；其特征在于，所述的三联吡啶钌发光基团的浓度为1pM或10pM或100pM或1nM或10nM，所述的SnCl2的浓度为

0.5mM；所述的电解质缓冲体系为0.01-1M磷酸缓冲液；所述的磷酸缓冲液酸度为pH4～pH10。

2.如权利要求1所述的电化学发光系统，其特征在于，所述电解质缓冲体系为0.01M、

0.05M、0.1M、0.5M或1M的磷酸缓冲液。

3.一种用于对痕量分析物的定性和定量测定的电化学发光系统，包括：一作为强还原剂的SnCl2；一可以通过氧化还原反应形成激发态而发光的三联吡啶钌发光基团；以及一作为还原剂和发光基团实施氧化还原反应的磷酸电解质缓冲体系；其特征在于，所述的三联吡啶钌发光基团的浓度为1μM，所述的SnCl2的浓度为2μM或5μM或10μM或50μM或

100μM或500μM或1000μM；所述的电解质缓冲体系为0.01-1M磷酸缓冲液；所述的磷酸缓冲液酸度为pH4～pH10。

4.如权利要求3所述的电化学发光系统，其特征在于，所述电解质缓冲体系为0.01M、

0.05M、0.1M、0.5M或1M的磷酸缓冲液。

说明书

一种电化学发光系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电化学发光系统。

背景技术

[0002] 电化学发光(ECL)是电化学技术与化学发光技术相结合的产物，是指通过施加一定的电压进行电化学反应，在电极表面产生一些电生物质，然后这些电生物质之间或电生物质与体系中的某些组分之间通过电子传递形成激发态，由激发态返回到基态而产生的一种发光现象。电化学发光具有灵敏度高，线性范围宽，反应可控，仪器设备简单，操作简单等特点。由于电化学发光基团可以跟许多物质如氨基酸，胺类和醇类发生共反应，也可作为发光标记物与生物大分子如核酸和蛋白质等进行偶联，所以广泛应用于基因检测、免疫诊断、食品安全，药物分析和环境监测等多个领域。

[0003] 目前，在氧化还原机制的电化学发光反应系统中，包含两种核心组分，发光基团和2+
共反应物。发光基团主要应用金属螯合物，如三联吡啶钌[Ru(bpy)3 ]等，由于其电化学可逆，可重复激发，发光效率高，检测灵敏度高等特点，已成为研究和应用最多的电化学发光活性物质。共反应物主要是几种有机化合物，早期是草酸盐(Bard A.J.，et al.，J.Am.Chem.Soc.1977，99，5399-5403)，但它只能应用于有机和酸性溶液体系；后来是三丙胺(TPrA)(Leland J.K.，et al.，J.Electrochem.Soc.1990，137，3127-3131；WO9005296)，它可用于水溶液体系，而且其灵敏度很高，得到了广泛的应用。但是三丙胺体系存在固有的缺陷，首先，它的使用pH范围较小，在酸性溶液中发光很弱，在通用性上受到一定限制。其次，它是一种有毒的易挥发的物质，这样会对人体和环境产生毒害。因此，开发一种应用pH范围宽、无毒害而且高灵敏度的共反应物可以克服现有电化学发光系统的缺点，并能拓展电化学发光技术的用途。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种电化学发光系统，可以实现对痕量分析物的定性和定量测定，可以在包括生理的和非生理的宽范围pH溶液中实现高灵敏电化学发光分析。

[0005] 为了解决以上技术问题，本发明提供了一种电化学发光系统，包括：一作为强还原剂的锡离子或其化合物；一可以通过氧化还原反应形成激发态而发光的三联吡啶钌发光基团；以及一作为还原剂和发光基团实施氧化还原反应的磷酸电解质缓冲体系。

[0006] 本发明还提供了一种对待测目标物的电化学发光分析的组合试剂或试剂盒，所述的组合试剂或试剂盒包括：作为强还原剂的锡离子或其化合物；作为标记物的三联吡啶钌发光基团；还原剂和发光基团实施氧化还原反应的磷酸溶液体系。

[0007] 本发明还提供了一种电化学发光分析方法：将一种其本身或其类似物或其配体可被三联吡啶钌发光基团标记的物质，与锡离子或其化合物为共反应物进行氧化还原反应，通过电化学方法进行发光分析。

[0008] 本发明的优势在于所构建的电化学发光系统具有高灵敏度的特点，可以实现对痕量分析物的定性和定量测定；所构建系统可以在包括生理的和非生理的宽范围pH溶液中实现高灵敏电化学发光分析；该系统的组分和产物对人体和环境没有毒害作用。

附图说明

[0009] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

[0010] 图1是循环伏安(CV)曲线图；

[0011] 图2是电化学发光(ECL)曲线图；

[0012] 图3是不同酸度样品环境中的电化学发光响应曲线图；

[0013] 图4是不同Ru(bpy)32+浓度的电化学发光响应值曲线图；

[0014] 图5是不同共反应物浓度的电化学发光响应曲线图；

[0015] 图6是溶液中含0.1mM其它金属离子或TPrA电化学发光强度与只有的Ru(bpy)32+溶液比较柱状图。

具体实施方式

[0016] 本发明的电化学发光程序为：用强还原性的锡离子或其化合物作为发光体系的共反应物，发光基团通过电化学氧化还原反应被氧化而处于更高的价态，然后被二价锡离子还原成为激发态，在从不稳定的激发态回到基态的过程中发出电磁辐射，产生发光反应，该发光可以被光检测器捕获，经过数模转换后输出信号。

[0017] 本发明的材料：

[0018] 二水合氯化亚锡(SnCl2.2H2O，国家医药集团，分析纯)；六水合二氯化联吡啶钌(Ru(bpy)3.Cl2.6H2O，Fluka，)；其它试剂均购自国家医药集团(分析纯或以上级别)。所用的水均为二次纯化水。

[0019] SnCl2水溶液的配置：称取一定量的SnCl2固体，先用浓盐酸溶解，再用二次水稀释成0.05M的初始溶液。

[0020] 电解质缓冲液：分别配置0.01M、0.05M、0.1M、0.5M、1M的磷酸缓冲液(PB)。

[0021] 对照材料：

[0022] 三丙胺(C9H21N，国家医药集团，化学纯)。

[0023] 仪器：

[0024] 电化学反应由电化学工作站(CHI 430C，上海辰华公司)控制。三电极系统(上海辰华公司)：直径为3mm的玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl(3M KCl)为参比电极，pt丝为对电极。循环伏安法：0~1.3V；扫描速率：0.1mV/s。所产生的电化学发光信号由光子计量探头(CH151，北京滨松光子技术有限公司)采集。

[0025] 玻碳电极清洗：先分别在0.3和0.05微米的氧化铝粉末上打磨，再用二次水和乙醇超声清洗。

[0026] 实施例1

[0027] 不同浓度(0，0.1mM，0.5mM)的SnCl2与0.05mM的Ru(bpy)32+溶液混合，置于0.1M磷酸缓冲液(PB，pH＝7.4)中，加入电解池。循环伏安法进行电化学扫描，扫描范围：
2+
0-1.3V；扫描速率：0.1V/s。当SnCl2浓度为0(即只有Ru(bpy)3 )时，在1.15V点位附近有一对可逆的电化学氧化/还原峰(图1曲线1所示)，电化学发光计数为0(图2中曲线
1所示)。当体系中含有0.1mM SnCl2时，在1.15V点位产生6μA的催化电流(图1曲线2所示)，电化学发光最大计数为250000(图2曲线2所示)。当体系中含有0.5mM SnCl2，催化电流为13μA(图1曲线3所示)，电化学发光最大计数为600000(图2曲线3所示)。

[0028] 在图1和图2中，采用0.01M磷酸缓冲液(PB，pH＝7.4)；扫描范围为0-1.3V；扫2+ 2+
描速率为0.1V/s。曲线1：0.05mM Ru(bpy)3 ；曲线2：0.05mMRu(bpy)3 +0.1mM SnCl2；曲
2+
线3：0.05mMRu(bpy)3 +0.5mM SnCl2。

[0029] 实施例2

[0030] 分别将0.1mMSnCl2和0.1mM三丙胺(TPrA)(作为对照材料)与1μM的Ru(bpy)32+溶液混合，并置于pH＝3/4/5/6/7/8/9的电解质缓冲液中，加入电解池。循环伏安法进行电化学扫描，扫描范围：0-1.3V；扫描速率：0.1V/s。

[0031] 当体系中没有共反应物时(即只有Ru(bpy)32+)时，电化学发光计数为0(图3曲线2+
1所示)。当体系中含有0.1mM SnCl2，pH＝3/4/5/6/7/8/9时，1μMRu(bpy)3 的电化学发光计数分别为750/4300/61900/100000/110600/110700/115600(图3曲线3所示)。当体
2+
系中含有0.1mM TPrA，pH＝3/4/5/6/7/8/9时，1μM Ru(bpy)3 的电化学发光计数分别为
40/360/1100/4300/13600/39600/40500(图3曲线2所示)。

[0032] 图3中，采用0.05M磷酸缓冲液(PB)；扫描范围：0~1.3V，扫描速率：0.1V/s。1μM2+ 2+ 2+
Ru(bpy)3 用(▲)表示；1μM Ru(bpy)3 +0.1mM TPrA用(●)表示；1μM Ru(bpy)3 +0.1mM SnCl2用(■)表示。

[0033] 实施例3

[0034] 分 别 将 0.5mM SnCl2 和 0.5mM TPrA( 作 为 对 照 材 料 ) 与 浓 度 为2+
1pM/10pM/100pM/1nM/10nM的Ru(bpy)3 溶液混合，并置于pH＝7.4的电解质缓冲液中，加入电解池。循环伏安法进行电化学扫描，扫描范围：0-1.3V；扫描速率：0.1V/s。当体系
2+
中含有0.5mM SnCl2时，1pM/10pM/100pM/1nM/10nM的Ru(bpy)3 的电化学发光计数分别为
150/500/1100/1900/8700(图4)。当体系中含有0.5mM TPrA时，1pM/10pM/100pM/1nM/10nM
2+
的Ru(bpy)3 的电化学发光计数分别为10/140/390/750/4400(图4)。

[0035] 图4中，采用0.1M磷酸缓冲液(PB，pH＝7.4)；扫描范围：0~1.3V，扫描速率：2+ 2+
0.1V/s。0.5mM SnCl2+Ru(bpy)3 用(■)表示；0.5mM TPrA +Ru(bpy)3 用(●)表示。

[0036] 实施例4

[0037] 分 别 浓 度 为 2μM/5μM/10μM/50μM/100μM/500μM/1000μM 的SnCl2 和2+
TPrA(作为对照材料)与1μM Ru(bpy)3 溶液混合，并置于pH＝7.4的电解质缓冲液中，加入电解池。循环伏安法进行电化学扫描，扫描范围：0-1.3V；扫描速率：0.1V/s。当体系中
2+
SnCl2浓度分别为2μM/5μM/10μM/50μM/100μM/500μM/1000μM时，1μM Ru(bpy)3 的电化学发光计数分别为4500/8500/24000/51000/90600/113200/343300/478300；当体系
2+
中TPrA浓度分别为2μM/5μM/10μM/50μM/100μM/500μM/1000μM时，1μMRu(bpy)3的电化学发光计数分别为1500/2100/2650/4800/10700/25000/64800/84700(图5)。

[0038] 图5中，采用0.5M磷酸缓冲液(PB，pH＝7.4)；扫描范围：0~1.3V，扫描速率：2+ 2+
0.1V/s。1μM Ru(bpy)3 +SnCl2用(■)表示；1μM Ru(bpy)3 +TPrA用(●)表示。

[0039] 实施例5

[0040] 分别将浓度为0.1mM的金属离子Sn2+/Cd2+/Cr3+/Cu2+/Hg2+/Mg2+/Mn2+/Pb2+/Zn2+/Fe3+2+ 2+
和0.1mM TPrA(将Sn 以外的离子以及TPrA作为对照材料)与1μM Ru(bpy)3 溶液混合，并置于pH＝7.4的电解质缓冲液中，加入电解池。循环伏安法进行电化学扫描，扫描范围：
2+ 2+ 3+ 2+ 2+ 2+
0-1.3V；扫描速率：0.1V/s。当体系中分别为0.1mM的Sn /TPrA/Cd /Cr /Cu /Hg /Mg /
2+ 2+ 2+ 3+ 2+
Mn /Pb /Zn /Fe 时，1μM Ru(bpy)3 的电化学发光计数与背景信号的比值(IECL/I0)分别为37.63/13.04/0.89/0.85/0.93/0.95/1.04/0.93/1.07/0.92/0.89(图6)[0041] 图6中，采用1μm Ru(bpy)32+，1M pH＝7.4PB水溶液。扫描范围：0-1.3V，扫描速率：0.1V/s。

[0042] 从实施例1到实施例5，可以证实Sn2+作为电化学发光体系的共反应物具有独特的发光现象，该特性为一般重金属离子所不具备；而且其包括发光在内的综合特性优于传统的共反应物三丙胺。

[0043] 本发明可以用于构建一种通用分析技术：任何一种物质，只要其本身或其类似物或其配体可以被发光基团标记，即可通过电化学启动和锡离子或其化合物为共反应物的氧化还原反应实现发光分析。该种分析技术即可为均相分析，亦可为非均相分析；即可为竞争分析，亦可为非竞争分析。

[0044] 本发明可以用于构建一种组合试剂或试剂盒，以实现对待测目标物的电化学发光分析。该试剂和试剂盒包括：作为强还原剂的锡离子或其化合物；作为标记物的发光基团；还原剂和发光基团实施氧化还原反应的溶液体系。