Band-Edge Effect-Induced Electrochemiluminescence Signal Amplification Based on Inverse Opal Photonic Crystals for Ultrasensitive Detection of Carcinoembryonic Antigen

电化学发光 光子晶体 阻带 化学 检出限 光子学 光电子学 癌胚抗原 材料科学 谐振器 色谱法 医学 癌症 内科学
作者
Xin Zhang,Zhongjie Wang,Xu Wang,Ya-Heng Zhang,Jian Qu,Shou‐Nian Ding
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:94 (27): 9919-9926 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.2c01986
摘要

Photonic crystals (PCs) have emerged as a promising electrochemiluminescence (ECL) matrix in the domain of immunoassay. Making maximum use of light manipulation properties of PCs is highly desired for improving the sensitivity. In this work, we proposed a band-edge effect-induced ECL enhancement strategy based on silica inverse opal PCs (SIOPCs). By fine-tuning the lattice constant and carefully calibrating the stopband position, we found that the band edge of the stopband exerted significant influences on the ECL intensity and spectral distribution. The high density of states at the blue edge of the photonic band gap increased the radiative transition probability of ECL emitters and enhanced the photon extraction during propagation, giving rise to ∼20-fold ECL signal amplification accompanied by a redistributed ECL spectrum for the Ru(bpy)32+-TPrA system. In combination with the intrinsic structural superiority, like large specific surface area and interconnected macropores, the developed SIOPC electrode was successfully applied in constructing a sandwich-type immunosensor. The fabricated immunosensor displayed a very low detection limit of 0.032 pg/mL and a wide linear range of 0.1 pg/mL-150 ng/mL for a carcinoembryonic antigen assay, showing its potential application in disease diagnosis.

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