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电化学发光（ECL）是电化学反应和化学发光（CL）反应相结合发生在电极表面/附近的一种发光现象。电化学发光生物传感（ECL Biosensing）是一种基于具有生物活性的分子识别物质和电化学发光试剂/材料作为信号物质之间的生物分子识别作用将生物化学反应转换为ECL信号从而定量分析目标物的分析方法。该法具有可控性强、灵敏度高、仪器设备简单、宽线性范围、分析速度快、容易实现自动化等众多优点。ECL传感界面的构筑对其生物传感分析方法的准确度、灵敏度和重现性起着重要作用。大多数电化学发光生物传感器,通常是将分子识别物通过物理吸附、包埋、自组装或者共价键合等方式固定在固体电极表面而构筑传感界面。电化学发光生物传感器的这类构筑方法在基础理论研究方面发挥了重要作用,但是,因为这类方法构筑传感器通常只能测量一次,在实际应用中受到一定的限制。基于免疫磁珠的电化学发光自动分析如罗氏自动化电化学发光免疫分析在临床分析中的应用越来越广泛。但是,该仪器方法是基于流通体系,仪器价格昂贵,并应用多组分测定的很少。电化学发光成像（ECL imaging）是一种将电化学发光与成像技术结合的方法,具有灵敏度高和信息量大等优点,在多组分生物标志物测定和细胞成像分析中的研究越来越受到研究者的青睐。然而,大尺寸的微球/细胞在电极表面的ECL机理尚不明确。针对上述电化学发光传感和成像方法存在的问题,本学位论文提出“基于功能化磁性粒子的电化学发光生物传感及成像方法研究”课题,旨在发展基于功能化磁性粒子的电化学发光生物传感新方法和成像新策略。本论文研究工作是在国家自然科学基金“电化学发光生物传感现场检测方法研究”（No.21775098）和“磁导向电化学发光生物芯片及其临床检测应用研究”（No.21974081）的资助下完成的。本论文共6章。第1章为引言,简要介绍了电化学发光基本理论和电化学发光生物传感原理及优缺点,概述了金属配合物在电化学发光生物传感中的应用和研究进展、磁珠在电化学发光生物传感中应用、猝灭-电化学发光生物传感及电化学发光成像研究进展,最后介绍了本论文研究目的和研究内容。第2章为磁珠/金纳米集成电极电化学发光免疫传感新方法研究。在学位申请者前期电化学发光金阵列生物传感方法研究工作基础上,发展了一种基于免疫磁珠和一次性电化学发光金纳米电极集成平台的ECL免疫分析方法。研究发现在Au-NEE上可获得峰型伏安图,归因于电极上活性和非活性总扩散的叠加;经典的Ru（bpy）32+-TPA体系和luminol-H2O2体系,在Au-NEE上的电化学发光强度/活性面积分别是常规金电极上的电化学发光强度/活性面积的12.9倍和19.7倍,这种电化学发光增强现象主要是由于在Au-NEE上的扩散叠加和各个金纳米电极的边缘效应所致。基于该Au-NEE平台和磁性微球,建立了 ECL免疫测定癌症生物标志物的分析新方法。以糖类抗原（CA）19-9作为模型分析物,生物素化的CA 19-9抗体（biotin-Ab1）与链霉亲和素包被的磁珠（MB@SA）结合作为捕获探针（MB@S A/biotin-Ab1）,钌联吡啶配合物标记的CA 19-9抗体作为信号探针（Ab2-Ru1）。当将分析物CA 19-9引入捕获探针悬浮液中并加入信号探针时,形成了“三明治”夹心复合物（MB@SA/biotin-Ab1/CA 19-9/Ab2-Rul）,将复合物转移到ECL平台上,并在TPA溶液中进行ECL测量。所建立的新方法测定CA 19-9的线性范围为0.5～20 U/mL,检出限为0.4 U/mL。Au-NEE具有成本低、非特异性吸附小等优点,可作为一种实用的一次性电化学发光平台。该方法为蛋白质生物标志物即时检测提供了一条新的途径。第3章为8种疏水性环铱金属配合物的合成及其电化学发光性质研究。在疏水性环铱金属配合物的设计上,主配体上拟通过增大π电子共轭结构和引入噻吩基团降低电化学发光电位和调控发射波长;辅助配体上拟通过引入吸电子基团调控发射波长,增加疏水性烷基侧链提高环铱金属配合物的疏水性。设计合成了 8种疏水性环铱金属配合物;测量了 8种环铱金属配合物在乙腈溶液中的紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命、荧光量子产率、循环伏安曲线以及湮灭型和共反应剂型电化学发光行为,结合理论计算讨论了环铱金属配合物的结构与其性质之间的关系。研究发现:1)增大主配体上π电子共轭结构和引入噻吩基团可降低电化学发光电位、发射波长红移;2)增大主配体上π电子共轭结构提高电化学发光效率,但是,相对于噻吩基,苯基并不能提高电化学发光效率;3)辅助配体上引入吸电子基团,发射波长红移,辅助配体上疏水性烷基侧链对电化学发光性质影响不大,只是提高了配合物的疏水性。该工作为电化学发光配合物的设计合成以及脂质体中电化学发光配合物的选择提供了一些参考性资料。第4章为纳米磁粒@脂膜二茂铁/钌联吡啶配合物分子间电化学发光猝灭及其生物传感应用研究,旨在建立基于纳米磁粒上生物切割的ECL生物传感新方法。合成了疏水性钌联吡啶衍生物[Ru（bpy）2dcbpy]Cl2,并研究了该配合物的电化学发光性质。以合成的脂膜纳米磁粒Fe3O4NP@lipid为载体,[Ru（bpy）2dcbpy]Cl2作为电化学发光信号探针,Cholesterol-Ahx-HSSKLQK-Fc作为识别探针-猝灭剂,合成了全探针纳米磁粒（Fe3O4 NP@lipid/信号探针/识别探针-猝灭剂）),研究了该功能化磁粒的电化学发光行为。研究发现,Cholesterol-Ahx-HSSKLQK-Fc嵌入磁性纳米粒子表面信号探针磷脂膜（Fe3O4NP@lipid/[Ru（bpy）2dcbpy]2+）后,其电化学发光猝灭常数比Cholesterol-Ahx-HSSKLQK-Fc嵌入ITO电极表面信号探针磷脂膜（ITO/lipid/[Ru（bpy）2dcbpy]2+）的电化学发光猝灭常数大137倍;比均相溶液（Fc-COOH+[Ru（bpy）2dcbpy]2+）的电化学发光猝灭常数大391倍。以前列腺特异性抗原（PSA）为目标分析物,以所合成的全探针纳米磁粒滴涂在玻碳（GC）电极表面为传感界面,建立了基于纳米磁粒上生物切割测定PSA的ECL生物传感新方法。测定PSA线性范围为0.10-2.0 ng/mL,检测限为0.01 ng/mL（S/N=3）。本工作为生物切割型ECL生物传感提供了一种新思路。第5章为单磁珠侧向逼近电化学发光成像策略的初步研究,旨在建立单磁珠电化学发光成像分析新策略。由于在电极表面电化学发光微米级磁珠的光屏蔽效应导致正面CCD响应的发光信号弱,本工作提出侧向逼近电化学发光成像新策略。以微米级磁珠负载电化学发光生物复合物（MB@SA/biotin-peptide-Ru1）为模型研究物,将其粘附于毛细玻璃管或碳纤维尖端进而固定在三维电动平台的机械臂上,使模型研究物逐步逼近玻碳电极表面,进行模型研究物的电化学和电化学发光行为研究。研究发现,1)溶液中Fc-OH的扩散电流随磁珠粒径的增大和磁珠与电极表面距离的减小而逐渐较小,说明磁珠阻碍了电活性物质的扩散;2)正向电化学发光成像策略,模型研究物的电化学发光强度随磁珠粒径的增大（1.0-2.8 μm）而增大,但磁珠粒径的继续增大（2.8-15 μm）电化学发光强度随之减小,说明大粒径磁珠具有严重的光屏蔽效应。3)对于模型研究物（磁珠φ=15 μm）,侧向电化学发光成像策略可观察到电化学发光成像信号,而正向电化学发光成像策略观察不到电化学发光成像信号。此外,以PMT为检测器,模型研究物滴涂在玻碳电极表面的电化学发光强度-电位曲线上,两个峰电位处的电化学发光强度与磁珠粒径相关,小粒径磁珠上通过直接氧化Ru（bpy）32+发光（Pathway2）所占比例较大。本工作为单颗粒催化和单细胞电化学发光成像法研究提供了一种新思路。第6章为结论与展望。总结本论文的主要结论,分析了本论文存在的不足之处,讨论了本论文需要进一步完善和补充的方面,对功能化磁性粒子电化学发光生物传感及成像方法研究进行了展望。