光电化学（photoelectrochemical,PEC）生物分析是基于PEC过程和生物识别过程建立起来的一种新的分析方法,具有灵敏度高、成本低、设备简单、易于小型化等优点,引起了人们极大的兴趣。随着对灵敏生物分析的需求不断增长,探索开发有效的方法来显著改善传感器的分析性能至关重要。性能优良的光敏材料和新的信号放大机制的结合将会是满足上述生物分析要求的一种有效策略。本论文合成了具有优良光电性能的三元Bi₂S₃/Ag₂S/TiO₂纳米管阵列（NTs）和双Bi系异质结等纳米材料,在此基础上,创新性地引入酶辅助电子供体消耗模式、酶催化电子供体生成策略、光生空穴诱导化学氧化还原循环放大（RCA）机制、PEC-化学-化学（PECCC）RCA机制、能量转移（ET）、空间位阻等系列信号放大技术,构建了灵敏检测癌胚抗原（CEA）、肌红蛋白（Myo）等生物标志物的PEC传感新平台,并开展了生化分析应用研究,为疾病标志物的灵敏检测提供了新路径。主要创新点和研究内容如下:1.电子供体消耗型光电化学生物传感器的构建及癌胚抗原高灵敏检测合成了三元Bi₂S₃/Ag₂S/TiO₂ NTs,并首次将抗坏血酸氧化酶（AAO）催化氧化抗坏血酸（AA）这一生物过程引入PEC生物分析。通过AAO对AA（电子供体）的消耗与二氧化硅（SiO₂）的位阻效应双重猝灭PEC信号,构建了新型的检测癌胚抗原（CEA）的PEC生物传感平台。相对于单一光敏材料,三元Bi₂S₃/Ag₂S/TiO₂ NTs表现出了更强的光电响应。AAO对电子供体AA的催化氧化,减少了体系中AA的含量,大大降低光电流。作为该传感器信号变化的关键因素,CEA与标记了适配体和AAO的功能化SiO₂探针竞争性的结合,显著增强了光电流。该方法实现了CEA的高灵敏检测,线性范围为0.1 pg/mL-10 ng/mL,检出限（LOD）为0.03 pg/mL。将此方法成功应用于人血清样品中CEA的检测,与信阳市中心医院结果吻合,加标回收率在90.0%-110.0%之间,相对标准偏差（RSDs）不超过4.7%。2.基于Bi₂S₃/Bi₂Sn₂O₇异质结的光生空穴诱导型氧化还原循环:一种通用的分裂式光电化学免疫分析方法首次将酶催化生成电子供体模式与光生空穴诱导化学RCA机制巧妙结合,在异质结光电极与分裂式策略的基础上构建了灵敏的PEC免疫分析。原理如下:碱性磷酸酶（ALP）催化生成AA,AA与Tris[2-羧乙基]盐酸膦（TCEP,还原剂）构成氧化还原循环,新型Bi₂S₃/Bi₂Sn₂O₇异质结和心肌梗死标志物Myo分别作为光电极与目标物。通过免疫反应引入的ALP催化酶底物水解,生成AA;在检测池中,AA先被Bi₂S₃/Bi₂Sn₂O₇异质结上的光生空穴氧化,而后通过其氧化产物（脱氢抗坏血酸）与TCEP的反应再次被生成。如此循环产生了信号放大作用,实现了对Myo的高灵敏检测,线性范围为4.0×10^-13-1.0×10^-7 g/mL,LOD为1.0×10^-13 g/mL。此方法成功用于人血清样品中Myo的分析,与信阳市中心医院结果相符,加标回收率在88.0%-110.0%之间,RSD不大于5.5%。该工作具有通用性,将有效扩展基于RCA机制的PEC免疫分析的应用。3.光电化学-化学-化学氧化还原循环信号放大:一种新型光电化学生物分析方法的设计及肌红蛋白超灵敏检测信号放大对于实现超灵敏的PEC生物分析至关重要。探索简便有效的多重信号放大策略具有非常大的吸引力。提出了PECCC氧化还原循环概念,通过超灵敏PEC生物分析证明其可以作为一种新的信号放大途径。在Bi₂S₃/Bi₂WO₆光电极的基础上,通过夹心免疫法酶催化生成AA（信号物质）,并结合涉及二茂铁羧酸（氧化还原介质）、AA、TCEP（还原剂）的PECCC氧化还原循环。以Myo作为目标物,该方法可以使AA有效再生,从而产生信号放大,实现了超灵敏的分裂式PEC免疫分析。线性范围为1.0×10^-13-1.0×10^-7 g/mL,LOD为3.0×10^-14g/mL。此方法成功测定了人血清样品中Myo的含量,加标回收率在80.0-103.1%之间,RSDs在6.0%以内。该工作首次对PECCC氧化还原循环进行了研究,为基于氧化还原循环的PEC生物分析开辟了新路径。4.Ru（NH₃）₆³⁺/Ru（NH₃）₆²⁺介导的氧化还原循环:一种实现超灵敏光电化学免疫检测的三重信号放大策略首次报道了一种Ru（NH₃）₆³⁺/Ru（NH₃）₆²⁺介导的PECCC RCA策略并用于新的分裂式PEC免疫分析,实现了三重信号放大。构建过程如下:通过夹心型免疫反应ALP标记物被固定在界面上,ALP将4-氨基苯基磷酸盐转化为信号物种4-氨基苯酚（AP）,随后,AP在检测缓冲液中与氧化还原介质Ru（NH₃）₆²⁺和还原剂TCEP相互作用。光照下,Ru（NH₃）₆²⁺首先被Bi₂S₃/BiVO₄光电极上的光生空孔氧化生成Ru（NH₃）₆³⁺,随后通过氧化产物与AP的反应再生,同时AP由产物对苯醌亚胺与TCEP的反应再生。以白细胞介素-6（IL-6）为分析对象,这一Ru（NH₃）₆³⁺/Ru（NH₃）₆²⁺介导、AP参与的PECCC RCA与ALP催化放大技术相结合,实现了三重信号放大,进而实现了IL-6超灵敏的PEC免疫测定。线性范围为5.0×10^-15-1.0×10^-9 g/mL,LOD为2.0×10^-15 g/mL。此方法成功测定了人血清样品中IL-6的含量,加标回收率在84.9-110.3%之间,RSD不大于7.6%。该工作为基于RCA的PEC生物分析方法的进一步研究提供了一个新的视角。5.CdS:Mn对Au纳米粒子的激子能量转移猝灭效应:一种高效的光电化学microRNA-21检测策略基于CdS:Mn掺杂结构与AuNPs之间的ET猝灭机制发展了一种高效的microRNA-21（miRNA-21）PEC生物检测方法。首先,在TiO₂ NTs的表面通过Cd²⁺/Mn²⁺和S^2-的连续离子层吸附与反应（SILAR）制备TiO₂-CdS:Mn复合结构,并以此作为固定发夹DNA的传感平台。CdS:Mn与AuNPs之间产生ET效应,发夹DNA与miRNA-21杂交后引起构型变化,二者结合用于检测目标物。没有miRNA-21时,固定的DNA以发夹形式存在;有miRNA-21时,发夹DNA与miRNA-21杂交,变成一个刚性、棒状的双螺旋结构,使AuNPs远离TiO₂-CdS:Mn电极表面,猝灭效应减弱,显著恢复光电流强度。该方法实现了miRNA-21的灵敏检测,线性范围为1.0 fM-10.0 pM,LOD为0.5 fM。此方法成功用于人血清样品中miRNA-21的测定,加标回收率在90%-103.3%之间,RSDs不超过6.3%。