比率型电化学发光（electrochemiluminescence, ECL）检测由于能够有效消除环境波动与仪器误差，被认为是提高分析可靠性的理想策略。然而，现有比率型ECL体系大多依赖双发光体或多个电化学过程，不仅增加体系复杂性，还容易引入信号不匹配问题，限制了其进一步发展。因此，发展基于单一发光体的比率型ECL新策略一直是该领域的重要挑战。

针对这一问题，宋大千教授团队首次提出基于余辉电化学发光的单发光体比率型ECL新策略。研究团队通过缺陷工程调控石墨相氮化碳，构建了具有氮缺陷电子态的碳氮化物材料（CNXNS）。在脉冲电位激发条件下，材料中的缺陷态可暂时储存注入电子，并在电位终止后逐渐释放，从而产生持续发光的余辉ECL现象。由于常规ECL信号与余辉ECL信号来源于同一发光中心，这两种信号天然具有内在关联，可构建无需双发光体的自参考比率检测模式，从根本上避免了传统比率体系中信号不匹配的问题。实验结果表明，在含1 mM S2O82−的0.1M PBS溶液中，对CNXNS修饰的电极施加−1.5 V脉冲电位20 s后，在电激发终止条件下仍可观察到持续约12 s的阴极余辉ECL信号，验证了缺陷态诱导的余辉发光行为。这一发现为构建时间分辨与比率检测相结合的新型ECL分析模式提供了重要基础。在此基础上，作为概念验证，研究团队进一步构建了基于单发光体的比率型ECL传感平台，并将其应用于外泌体microRNA的超灵敏检测。通过杂交链式反应（HCR）在电极表面引入BHQ-1标记的DNA链，实现对常规ECL与余辉ECL信号的差异化调控，从而获得具有内在自校准能力的比率信号输出。该策略有效降低背景干扰，提高检测灵敏度，实现了对miRNA-21的高灵敏检测，并在实际样本分析中表现出良好的应用潜力。

该研究首次将余辉电化学发光引入比率型检测体系，建立了单发光体自参考比率ECL新模式，突破了传统比率型ECL依赖多发光体的局限，为高灵敏生物分析与疾病早期诊断提供了新的研究思路与技术方法。

图1 比率型ECL传感器示意图

该研究成果以“Single-Luminophore Ratiometric Electrochemiluminescence Based on Afterglow Emission from Defect-Engineered Carbon Nitride”为题，发表在Journal of the American Chemical Society上。吉林大学博士生叶卓欣为论文第一作者，吉林大学宋大千教授和马品一高级工程师为论文共同通讯作者。

文章链接：//doi.org/10.1021/jacs.6c03512