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光电化学（Photoelectrochemical,PEC）生物传感器是在电化学生物传感器的基础上结合光化学而发展出的,利用光电活性材料的光电转换特性,实时监测体系中的电流信号并以此分析检测目标物的新一代生物传感器。具体来看,光电活性材料和生物识别探针是光电生物传感器的核心组成部分,不可或缺;而合适的信号放大策略,则是显著提高传感器分析性能的关键因素。由于生物识别探针对目标物的识别具有特异性,为了检测不同的目标物必须采用特定的生物识别探针。但是光电活性材料和信号放大策略具有普遍适用性,因此,制备和构建不同特性的光电活性材料与信号放大策略对于研究高效、稳定、适用性广的PEC生物传感器具有十分重要的意义。基于此,本文使用和制备了一些新型光电活性材料并辅以合适的信号放大策略,构建了一系列高灵敏PEC生物传感器,实现对生物小分子的检测。具体工作如下:1.基于供-受体型光电活性材料PTB7-Th和信号增强剂聚苯胺的高灵敏光电化学适体传感器的研究我们以PTB7-Th作为供-受体（Donor-Acceptor,D-A）型光电活性材料,在PTB7-Th表面原位沉积聚苯胺（Polyanline,PANI）作为信号增强剂,成功构建出一种高灵敏的PEC适体传感器。首先,PTB7-Th分子具有富电子单元作为供体、缺电子单元作为受体,有利于分子内电子-空穴对的分离和分子间自由电子的定向转移,以此提供良好的光电流响应。随后,通过蛋白质转化策略将输入的目标物凝血酶（Thrombin,TB）转化为输出的单链信标DNA,此单链DNA引发滚环扩增（Rolling circle amplification,RCA）反应形成类似于多发夹串联的DNA纳米结构作为固定卟啉锰（Manganese porphyrin,MnTMPyP）的骨架。在过氧化氢和苯胺存在时,MnTMPyP作为催化剂在形成的DNA骨架上原位沉积PANI层作为PTB7-Th的信号增强剂,得到显著增强的光电流以检测目标物TB。此PEC适体传感器具有100 fmol/L至10 nmol/L的较宽检测范围,检测限为34.6 fmol/L。同时,此项工作提供了一种基于PTB7-Th的PEC分析方法,该方法可以显著提高材料的光电转换效率,为建立低背景、高灵敏和高稳定性的PEC分析技术开辟了一条崭新的道路。2.基于Bi2Te3纳米片和杂交链反应扩增的新型光电化学生物传感器的研究利用有机光电活性材料PTB7-Th来构建PEC适体传感器,实验中需使用大量有机溶剂,可能会造成额外的污染,我们希望通过制备无机光电活性材料来克服这一缺点。我们制备了基于Bi2Te3纳米片和杂交链反应（Hybridization chain reaction,HCR）扩增的新型PEC生物传感器并用于microRNA-21（miRNA-21）的高灵敏检测。首先,Bi2Te3纳米片允许电子在其表面自由流动而不损失任何能量,在电极上成膜可以提供足量且稳定的光电流信号。随后,目标物miRNA-21和辅助DNA之间发生链置换扩增反应。然后,引入HCR扩增策略进一步提高所构建的生物传感器的分析性能。最后,引入CdTe量子点（Quantum dots,QDs）以得到用于分析检测的显着增强的光电流。构建的PEC生物传感器的检测范围为10 fmol/L至100 pmol/L,检测限为3.3 fmol/L。同时,该PEC生物传感器在生物分析和早期临床诊断方面表现出巨大的潜力,并为构建高灵敏和高效率的分析技术提供了一个有趣的途径。3.基于生物辅助合成的新型Bi2Se3晶体作为光电活性材料的生物传感器的研究我们将体相Bi2Te3晶体剥离成片层来构建PEC生物传感器,Bi2Te3纳米片很容易重新堆叠,可能会阻碍材料的广泛应用,我们希望通过改进制备方法来对材料进行改性。本工作实现了一种绿色和高产率的水热合成,以海藻酸为稳定剂和还原剂制备六方体相Bi2Se3晶体。海藻酸具有温和的还原能力以及巨大的分子量和尺寸,能在反应过程中起到很强的形状导向作用,可以控制反应速率、辅助合成具有特殊形貌的材料。以此制备的六方体相Bi2Se3晶体具有高度均一的粒径和平滑的表面。此项工作采用Bi2Se3晶体作为光电活性材料、PANI为信号增强剂构建了用于灵敏检测miRNA-21的PEC生物传感器。首先,六方体相的Bi2Se3能提供优秀的光电流信号。在目标物miRNA-21和辅助DNA的循环参与下引发HCR扩增。最后在HCR产物双链DNA为模板上沉积PANI并以此增强Bi2Se3的光电流信号。通过分析传感器的光电流信号获得了对目标物miRNA-21从0.5 fmol/L到1 pmol/L的检测范围和0.17 fmol/L的检测限。此项工作为推动PEC生物传感器的发展指明了新的研究方向。