Elektrochemiluminescencja jest zjawiskiem optycznym i elektrycznym. Występuje gdy materiał emituje światło w odpowiedzi na natężenie prądu lub silne pole elektryczne. Świecenie elektrochemiluminescencyjne materiałów nie powstaje wskutek ogrzewania materiału (inkadescencja) lub też jako efekt niektórych reakcji biochemicznych (chemiluminescencja) lecz jest wynikiem rekombinacji elektronów i dziur w materiałach (zazwyczaj półprzewodniki), podczas której elektron oddaje energię w postaci fotonu – światła. Przykładem związku, który wykazuje elektrochemiluminescencję jest kompleks rutenu (II) zawierający jako ligand 2,2’-bipirydyl. Związek ten nazywa się tris-(2,2’-bipirydylo)ruten (II), [Ru(bpy)3]2+. Kompleks ten cechuje się dużą stabilnością, posiada przydatne elektrochemiczne właściwości i relatywnie długo pozostaje w stanie wzbudzonym. Wszystkie te cechy sprawiają, że związek koordynacyjny [Ru(bpy)3]2+ służy jako idealne narzędzie analityczne do wykrywania szczawianów, NADH, hydrazyn, aminokwasów jak również farmaceutyków. Ostatnio naukowcy z Korei Południowej donieśli o skonstruowaniu nowego biosensora DNA opartego na elektrochemiluminescencji kompleksu [Ru(bpy)3]2+. Opracowany przez nich biosensor składa się z układu elektrod: pracującej wykonanej ze złota, elektrody odniesienia Ag/AgCl, elektrody zliczającej; ze związków interkalujących pomiędzy zasady podwójnej nici DNA; i oczywiście z kompleksu [Ru(bpy)3]2+. Na powierzchni elektrody pracującej immobilizowano oligonukleotydowe odcinki (22 nt), które zapewniają interkalacje tylko w obrębie zhybrydyzownego DNA, jak również eliminują niespecyficzne oddziaływania w układzie. W opublikowanej pracy autorzy testowali 3 związki interkalujące: daunorubicynę DNR, doksorubicynę DOX i 4',6-diaminoino-2-fenylindol DAPI. Zasada działania biosensora przedstawia się następująco: Przyłożone do elektrody pracującej (Au) napięcie o wartości +1,19 V (względem Ag/AgCl) powoduje utlenienie kompleksu [Ru(bpy)3]2+ do [Ru(bpy)3]3+. Następnie związek, który interkalował pomiędzy zasady shybrydyzowanego DNA przeprowadza kompleks [Ru(bpy)3]3+ w stan wzbudzony [Ru(bpy)3]2+* samemu ulegając utlenieniu [interkalator(red) > interkalator(ox]. W następnym etapie wzbudzony kompleks rutenu (II) [Ru(bpy)3]2+* wracając do swojego podstawowego stanu [Ru(bpy)3]2+ generuje falę światła o długości 620 nm (kolor pomarańczowy). Ilość powstającego światła jest proporcjonalna do stężenia interkalatora, a co za tym idzie do stężenia shybrydyzowanego DNA. Koreańscy naukowcy przetestowali biosensor oznaczając patogenny DNA pochodzący od wirusa zapalenia wątroby typu A, B i C w układzie z każdym interkalatorem (DAPI, DNR i DOX). Największą wydajność chemiluminescencji kompleksu [Ru(bpy)3]2+ zaobserwowano w przypadku pohybrydyzacyjnej interkalacji DAPI pomiędzy zasady DNA. Dodatkowo autorzy pracy zbadali również jak na elektrochemiluminescencje kompleksu rutenu (II) wpływa punktowa mutacja, w DNA wirusa HCV. Okazało się, że i tutaj ilość emitowanego przez układ światła jest proporcjonalna, a zarazem charakterystyczna względem zaistniałej mutacji punktowej w DNA. Fakt ten umożliwia zastosowanie skonstruowanego biosensora DNA do analiz polimorfizmu pojedynczego nukleotydu (SNP).


Bioelectrochemistry 70 (2007) 228–234