功能界面修饰与电化学分析方法研究
报送单位:南京大学 推荐单位:南京大学

支撑项目(平台):国家自然科学基金: "七.五"、"八.五"重大项目:伏安分析基础理论和应用研究(928700702);生物物质的电荷传递和界面行为及电分析方法的研究(929392604) "九.五"、"十.五"重点项目:生物功能超分子电化学分析的研究(29835110);功能纳米材料的合成、组装和仿生界面构建的研究 (90206037) 面上项目:功能分子修饰微器件的研究(29275198);集成块式流动注射毛细

参与单位:南京大学

所属学科:化学

主要贡献者:陈洪渊、徐静娟

成就简介:构建仿生催化界面、原型传感器件;解决了复杂体系稳态电流的求解;研制成世界上第一支场效应生物传感器;发明芯片电泳安培检测新方法;建立起核酸、蛋白质(酶)、辅酶和生物活性小分子的高灵敏、选择的电分析方法。

  该成果从电极功能界面修饰着手,以若干重要的生物分子如核酸、蛋白质(酶)、神经递质等为模型化合物,引入纳米技术和生化技术,对多种基材、不同类型的电极构建成各种仿生催化界面和多种生物分子传感原型器件,研制备成多种复合膜,建立了新型电分析方法,发展了电化学理论、方法和应用。该成果是历时15年系统研究的累积,于2007年获得国家自然科学二等奖,具有自主知识产权;基于这些奠基,又获得部门推荐的重大仪器专项(6400万/5年),完成了任务指标,并实现了新的突破。其主要学术贡献为:
  1.微电极理论和应用  引进新概念,发现了新效应,解决了一系列复杂多步电极反应体系稳态电流表达式的求解问题;导出了阵列微带电极的电流表达式以及测定方法。上述成果被收入《电化学理论与方法》国际经典教科书和以较大篇幅由国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的电化学委员会总结的微电极技术几十年进展的正式技术报告中。
  2. 生物电化学基础与应用研究  提出了不同类型膜的构建和普适制备方法,揭示了生物分子的界面性质,建立了多种核酸、蛋白质(酶)、辅酶和生物活性小分子的高灵敏、选择的电分析方法。
  3.新型纳米仿生界面的构建与生物传感  率先将纳米粒子作为电子导线桥联到电极表面,实现了酶和蛋白质的高效的仿生界面反应;发现了纳米粒子的电子导线作用、放大效应和新的反应特性,提出了多种构建纳米仿生界面的新方法,研制成一批响应快、灵敏度高、寿命长的生物传感器;开创了在场效应管绝缘栅界面的纳米组装,研制成国际上第一支纳米粒子修饰的场效应生物传感器,拓宽了生物传感领域。
  4.流动体系联用检测新方法  基于微通道流体的界面特性,创立了一种将高压电场对低电平电化学检测系统的耦合干扰转化成测试信号的全新的芯片电化学检测方法,解决了长期困扰微通道中分离高压电场对电化学测定系统的耦合干扰的难题;既可检测电活性又能检测非电活性的两类物质,实现了方法学上的突破,大大扩展了其检测和应用范围。
  5.单细胞高时空分辨的测量仪器及生命分析应用  运用上述成果,研制成电-光-质三模块组成的新型仪器,已率先成功应用于细胞内单个细胞器溶酶体中反应物的准确测量。