《Coordination Chemistry Reviews》：Electrochemiluminescence coordination systems: Recent advances for sensing, imaging and biomedical applications
编辑推荐：
电化学发光（ECL）技术凭借高灵敏度、低背景干扰及精准时空控制等优势，广泛应用于生物传感和成像领域。本文系统综述了ECL的机制、新型金属有机配合物及纳米系统构建、信号放大策略，并探讨了其向便携式医疗设备转化的挑战及未来方向。
Fuad Abduro Bushira|Zhuangqiang Gao|Haifeng Dong|Yongdong Jin
中国广东省深圳市深圳大学医学院生物医学工程学院生物医学工程系，深圳纳米生物传感技术重点实验室，邮编518060
摘要
电化学发光（ECL）是一种由电极表面的电化学反应引发的化学发光（CL）现象，具有响应速度快、灵敏度高、背景干扰低以及使用方便等优点。这些特性使得ECL成为在广泛领域内检测多种物质的有效工具。本文综述了ECL的基本原理、作用机制，以及基于新型金属有机配位体系和纳米系统的新型ECL系统的最新进展，还包括信号放大策略及其在传感和成像应用中的广泛应用。最后，我们简要讨论了将复杂的ECL纳米系统转化为可靠的即时检测设备所面临的挑战，以及用于ECL（生物）传感和成像的新型纳米材料的发光机制，并展望了该领域未来的发展方向。
引言
随着世界人口的不断增长以及健康和环境问题的日益凸显，人们越来越依赖先进的分析技术来更频繁、更深入地监测健康和环境风险[1]、[2]。在各种分析方法中，电化学发光（ECL）是一种备受推崇的技术，因为它结合了光子学和电化学原理：通过电化学过程产生光，从而具有较低的背景噪声、高灵敏度，并能实现对时间和空间的精确控制[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。自20世纪60年代初期以来，该领域经历了重大变革，新型共反应物和ECL配位体系及纳米系统的引入使得ECL免疫测定技术得到了显著发展，现已成为临床实践等领域的金标准[6]、[7]。此外，ECL的应用不仅限于敏感的（生物）传感，还扩展到了高分辨率光学成像领域，其表面限定的发光特性使得能够观察单个分子、细胞连接以及细胞内结构和事件[3]、[4]。随着纳米科学的蓬勃发展，新型发光剂（如钌配合物和量子点）的研发以及先进的信号放大技术的应用，ECL系统的性能得到了显著提升[8]、[9]。目前，ECL的应用和进展仍然是一个活跃的研究方向，本文旨在阐述其基本原理、新型ECL配体/纳米系统、信号放大技术及其在（生物）传感和成像中的应用[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]。本文重点讨论了ECL技术在（生物）传感和成像领域的挑战与前景。
ECL作为一种先进的分析工具具有多项优势：(i) 电化学反应能够精确控制光发射的位置和时间，通过优化信噪比（S/N）并将光发射限制在检测器附近的特定区域，从而提高传感器的灵敏度[2]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]；(ii) 电极电位可以精细调节，从而实现良好的通用性和选择性[1]、[13]、[15]；(iii) 发光体在发光后可以再生，因此具有非破坏性[12]；(iv) ECL反应的特异性降低了可能导致信号自淬灭的副反应。此外，ECL无需外部光源，避免了光致发光（PL）中常见的发光杂质或光散射问题[13]。因此，ECL结合了电化学和光谱技术的优势，具备了极高的灵敏度、快速响应、低噪声水平以及精确的空间和时间分辨率控制能力。
ECL机制
在ECL过程中，电能通过生成高能反应中间体转化为辐射能。这些中间体是由发光体与适当的共反应物之间的相互作用产生的。在某些条件下，这些中间体会发生化学反应，产生激发态物种，随后通过多种途径释放光。为了全面理解ECL传感的机制，通常会对ECL系统中的相关过程进行分类。
发光体
ECL技术利用电极-电解质界面处电化学生成的活性中间体[24]。因此，选择合适的发光体是实现高性能ECL传感的关键，因为它们负责将电化学反应转化为可电子检测的光信号[25]、[26]。同时，共反应物也对提高ECL效率起着重要作用，并提供了更大的灵活性。此外，结构明确的电极也有助于提升ECL性能。
ECL对金属离子的检测
金属离子的检测具有重要意义，因为它们是重要的微量元素，但浓度过高时会对环境和健康造成危害。ECL已成为检测Pb2+、Hg2+和Cd2+等致癌离子的理想方法，具有高灵敏度和选择性[124]，具体方法包括：(i) 基于DNA酶/适配体的特异性识别策略，这些策略专为ECL传感而开发
ECL成像分析
ECL通过在电极附近生成目标反应物种并使其通过电子转移反应被激发而发光。ECL成像的核心在于，与传统的光电倍增管记录强度的方法不同，ECL使用电荷耦合器件（CCD）相机进行光学读出以记录图像。提高ECL灵敏度的关键在于
总结与展望
如今，ECL已从一种基础的电化学现象发展成为多功能且强大的分析平台，这得益于配位化学、纳米材料科学和分子工程的进步。发光体、共反应物和界面设计的改进使得ECL方法具有前所未有的灵敏度和操作便捷性，使其成为生物传感、生物成像和临床诊断领域的领先技术。尽管取得了显著进展，
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或可能影响本文研究的个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：22374102、22474078、W2533043）、国家重点研发计划（项目编号：2016YFA0201300）、国家重大科学研究计划专项基金（项目编号：2022YFB3207202）、深圳市医学研究基金（项目编号：D2301011）、广东省珠江团队（项目编号：2021ZT09C289）以及深圳纳米生物传感技术重点实验室（项目编号：ZDSYS20210112161400001）的财政支持。
