Gold Microbeads Enabled Proximity Electrochemiluminescence for Highly Sensitive and Size-Encoded Multiplex Immunoassays

电化学发光 多路复用 化学 电极 纳米技术 多路复用 电化学 材料科学 电信 生物信息学 计算机科学 生物 物理化学
作者
Xinrui Yang,Junmeng Hang,Weiyu Qu,Yulan Wang,Lei Wang,Ping Zhou,Hao Ding,Bin Su,Jianping Lei,Weiliang Guo,Zhihui Dai
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (29): 16026-16036 被引量:82
标识
DOI:10.1021/jacs.3c04250
摘要

Developing highly sensitive multiplex immunoassays is urgently needed to guide medical research and improve clinical diagnosis. Here, we report the proximity electrochemiluminescence (ECL) generation enabled by gold microbeads (GMBs) for improving the detection sensitivity and multiplexing capacity of ECL immunoassays (ECLIAs). As demonstrated by microscopy and finite element simulation, GMBs can function as spherical ultramicroelectrodes for triggering ECL reactions in solutions. Employing GMBs as solid carriers in the bead-based ECLIA, the electrochemical oxidation of a coreactant can occur at both the GMB surface and the substrate electrode, allowing the coreactant radicals to diffuse only a short distance of ∼100 nm to react with ECL luminophores that are labeled on the GMB surface. The ECL generation via this proximity low oxidation potential (LOP) route results in a 21.7-fold increase in the turnover frequency of ECL generation compared with the non-conductive microbeads that rely exclusively on the conventional LOP route. Moreover, the proximity ECL generation is not restricted by the diffusion distance of short-lived coreactant radicals, which enables the simultaneous determination of multiple acute myocardial infarction biomarkers using size-encoded GMB-based multiplex ECLIAs. This work brings new insight into the understanding of ECL mechanisms and may advance the practical use of multiplex ECLIAs.
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