单颗粒碰撞电化学是近年来兴起的一种电化学分析新方法，基于溶液中做布朗运动的颗粒与超微电极的碰撞实现对单个颗粒电化学信号的获取，不仅可以提供纳米限域尺度下颗粒的本征电化学信息，也能对颗粒的浓度、尺寸等一系列物化性质进行研究。此外，单颗粒碰撞电化学可实现待测物的原位、高通量分析，并有望将检测限降至单体水平，在高灵敏度分析检测领域具有广阔的应用前景。


在本论文第一章我们系统地阐述了单颗粒碰撞电化学的机理以及相关的研究进展，并介绍了水环境中汞离子含量检测以及红细胞一氧化氮（nitric oxide，NO）代谢行为研究的现实意义。


在第二、三章节中，基于单颗粒碰撞电化学的原理分别提出了水环境中汞离子超灵敏检测新策略及红细胞NO代谢行为研究新方法。


在第二章中，我们基于单颗粒碰撞电化学，利用DNA中的聚胞嘧啶碱基（poly-cytosine，poly-C）与银纳米颗粒（Ag nanoparticles，AgNPs）之间的配位作用制备了AgNPs-DNA复合物，并通过汞离子与DNA链中的胸腺嘧啶（Thymine，T）之间的T-Hg2+-T配位作用诱导AgNPs-DNA复合物团聚进行水溶液中汞离子的检测。基于AgNPs-DNA复合物在Hg2+诱导团聚前后与超微电极碰撞过程中的碰撞频率与氧化电量的变化，实现了双模式自验证的Hg2+传感，提升了检测准确度，并成功应用于实际水样中汞离子的定量。


在第三章中，我们以红细胞作为代谢行为的研究对象，并自制了尺寸可控的微电极，通过外源性提供亚硝酸盐对红细胞与其产生的NO代谢产物进行了研究。扩展了单颗粒碰撞电化学在单细胞碰撞检测上的应用，建立了单个红细胞NO代谢行为研究的新方法。


具体研究内容如下所述:


（1）制备了尺寸均一的AgNPs，通过线性伏安扫描和单颗粒碰撞电化学研究了AgNPs的电化学氧化行为。利用poly-C DNA修饰AgNPs制备了AgNPs-DNA复合物，并通过抗盐团聚实验、Zeta电位、动态光散射等表征手段证明AgNPs-DNA复合物的成功制备。随后通过扫描电子显微镜、紫外可见分光光度法和动态光散射表征证明了汞离子对AgNPs-DNA复合物的团聚诱导行为。基于不同汞离子浓度诱导AgNPs-DNA复合物团聚程度的不同，通过分析AgNPs-DNA复合物在碰撞电化学实验中碰撞频率与氧化电量的改变，实现了汞离子的精确定量，检测范围为0.025-25 n M，检测限为0.025 nM。此外，我们证实了该方法在一系列干扰金属离子存在下对汞离子检测的良好选择性。最终将此方法成功应用于实际水样的检测，证明了该方法的实际应用潜力。


（2）制备了尺寸可控的碳微电极，并在含二茂铁甲醇的氯化钾溶液中通过循环伏安扫描对自制微电极进行电化学表征，证实了自制微电极的成功制备。我们通过对红细胞修饰玻碳电极在外源性亚硝酸盐存在的条件下进行循环伏安测试，研究了红细胞与亚硝酸盐的代谢产物。接着使用自制的微电极进行碰撞电化学实验研究了单个红细胞在亚硝酸盐存在情况下的NO代谢行为，通过统计分析计时电流曲线上的电化学信号实现了群体红细胞NO代谢行为的分布研究。本工作基于单细胞碰撞电化学技术，对群体红细胞NO代谢行为的异质性进行了高通量分析，提出了一种代谢行为研究的新方法，为代谢相关健康问题提供了理论基础。