项目名称：基于功能纳米材料信号放大策略构筑电化学生物传感
主要完成人员名单：
序号 | 姓名 | 工作单位 | 主要工作 |
1 | 方海林 | 盐城工学院 | 全面组织、确定方向、组织研究 |
2 | 李红波 | 盐城工学院 | 构筑光电化学传感器 |
3 | 孔粉英 | 盐城工学院 | 电化学传感平台研究 |
4 | 王伟 | 盐城工学院 | 讨论电化学传感机制 |
5 | 黄克靖 | 信阳师范学院 | 功能纳米材料合成与组装 |
6 | 乔云飞 | 盐城工学院 | 光电化学法检测 |
7 | 谷长捷 | 盐城工学院 | 电化学分析 |
8 | 范大和 | 盐城工学院 | 电极的设计与组装 |
9 | 李静 | 盐城工学院 | 光电化学分析 |
项目简介
疾病标志物和环境毒素的高灵敏和低检出限检测仍然是分析科学家们追求的目标。该项目基于功能纳米材料信号放大策略构建的电化学、光电化学传感器用于生物分子、药物小分子、重金属离子的超灵敏检测。
运用纳米金的高电子密度、介电特性和催化作用以及能与多种生物大分子结合且不影响其生物活性，利用高比表面积碳纳米材料优异的光学、电学、力学特性，构建信号协同放大型电化学生物传感器。运用异质结半导体、贵金属纳米金LSPR (Localized Surface Plasmon Resonance)增强光电信号效应以及靶标诱导核酸适配体构象关系的变化策略构筑超灵敏的环境毒素生物传感器。多种策略为疾病监控、环境监测和食品安全预警机制的建立提供了新平台，对于构建快速、低成本、超灵敏、便携电化学、光电化学传感器具有重要的支撑意义。该项目组自2007年以来，在国家自然科学基金、江苏省自然科学基金的资助下，从功能纳米材料的绿色制备、信号放大、易于微型化的光电化学传感的构筑及应用等方面开展研究。取得了以下原创性成果：
(1) 纳米金局域表面等离子体共振提高光电化学检测灵敏度。运用纳米金局域表面等离子体共振效应敏化宽带隙半导体氧化锌，研制了一种简便、新颖的核酸适配光电化学传感器，并用于双酚A的检测。在模拟光照射下，金纳米粒子的热电子促进了纳米氧化锌半导体电子-空穴对的有效分离，显著地提高了光电检测信号，从而提高了光电化学检测灵敏度。其良好的选择性可归功于双酚A与其核酸适配体的特异性结合。基于上述机理和优化的实验条件，该传感器在1-1000 nmol L-1呈线性响应, 检出限为 0.5 nmol L-1。该传感器具有选择性好、灵敏度高和成本低等优点, 为双酚A的检测提供了一种新方法。
(2) 绿色合成石墨烯基复合材料协同放大电化学检测信号。石墨烯具有比表面积大和快速传输电子能力，其用于电化学传感器的构建可以有效地提高电化学检测信号，从而提高检测灵敏度。基于此，合成了两种石墨烯基纳米复合材料，该复合材料的制备具有反应条件温和、反应时间短、及原料价格低廉易得等特点。基于该纳米复合材料的协同信号放大效应，构建的电化学传感器可用于生物小分子和药物分子的高灵敏检测，在疾病诊断、食品检验领域具有潜在的应用价值。
(3) 协同复合纳米材料多功能特性降低电化学检出限。基于纳米金的电子密度高、介电特性、催化作用以及能与多种生物大分子结合且不影响其生物活性特点，结合多壁碳纳米管的比表面积大、电子传输能力强、易功能化等特点，将二者复合可得到信号协同放大的电极修饰材料。基于此，构建了可抛式电化学免疫传感器用于癌胚抗原的高灵敏检测。另外，基于氨基功能化石墨烯和金纳米粒子复合膜作为信号协同敏化电极材料，研究了过氧化氢酶的直接电化学和电催化。
经济社会效益：
1. 采用多种策略构筑了新型电化学、光电化学生物传感器，为生物分子、环境监测和食品安全预警机制的建立提供新平台。
2. 该研究成果后续获得3项国家自然科学基金、2项江苏省科技厅课题资助。该研究在SCI收录杂志等共发表相关论文99篇，8篇代表作他引470多次，单篇最高他引165次。
3. 在国内外学术会议上进行专题交流6次。
4. 培养硕士研究生17名。
知识产权
该项目主要工作均在国内完成，所发表文章署名单位均含盐城工学院，知识产权明晰，无争议（合作工作均有成果及分工证明书）。
发表的代表性论文目录
序号 | 论文论著名称 /刊名/作者 | 影响因子 | 年卷页码（XX年XX卷XX页） | 发表时间 （年月日） | 通讯作者 | 第一作者 | 是否国内完成 |
1 | A label-free photoelectrochemical aptasensor for bisphenol A based on surface plasmon resonance of gold nanoparticle-sensitized ZnO nanopencils. Biosens. Bioelectron. Yunfei Qiao, Jing Li, Hongbo Li, Hailin Fang, Dahe Fan, WeiWang | 8.173 | 2016年 86 卷 315页 | 2016.06.25 | Hongbo Li | Yunfei Qiao | 是 |
2 | A sensitive and label-free photoelectrochemical aptasensor using Co-doped ZnO diluted magnetic semiconductor nanoparticles. Biosens. Bioelectron. Hongbo Li, Yunfei Qiao, Jing Li, Hailin Fang, Dahe Fan, Wei Wang | 8.173 | 2016年 77 卷 378页 | 2015.09.30 | Hongbo Li | Hongbo Li | 是 |
3 | Dual-functional cubic cuprous oxide for non-enzymatic andoxygen-sensitive photoelectrochemical sensing of glucose. Sensor. Actuat. B-Chem. Hongbo Li, Jing Li, Daye Chen, Yanxia Qiu, Wei Wang | 5.667 | 2015年 220 卷 441页 | 2015.06.11 | Wei Wang | Hongbo Li | 是 |
4 | Reduced graphene oxide-Hemin-Au nanohybrids: Facile one-pot synthesis and enhanced electrocatalytic activity towards the reduction of hydrogen peroxide. Biosens. Bioelectron. Changjie Gu, Fenying Kong, Zhidong Chen, Dahe Fan, Hailin Fang, Wei Wang | 8.173 | 2016年 78 卷 300页 | 2015.11.14 | Fenying Kong | Changjie Gu | 是 |
5 | UV-assisted synthesis of tetrapods-like titanium nitride-reducedgraphene oxide nanohybrids for electrochemical determination ofchloramphenicol. Sensor. Actuat. B-Chem. Fenying Kong, Tingting Chen, Jingyi Wang, Hailin Fang, Dahe Fan, Wei Wang | 5.667 | 2016年 225 卷 298页 | 2015.11.10 | Wei Wang | Fenying Kong | 是 |
6 | One-step sensing lead in surface waters with screen printed electrode. Sensor. Actuat. B-Chem. Hailin Fang, Huxiang Zheng, Meiyun Ou, Qi Meng, Dahe Fan, Wei Wang | 5.667 | 2011年 153 卷 369页 | 2010.11.04 | Wei Wang | Hailin Fang | 是 |
7 | A disposable electrochemical immunosensor for carcinoembryonic antigen based on nano-Au/multi-walled carbon nanotubes-chitosans nanocomposite film modified glassy carbon electrode.Anal. Chim. Acta Kejing Huang, Dejun Niu, Wanzhen Xie, Wei Wang | 5.123 | 2010年659卷102页 | 2009.11.17 | Wei Wang | Kejing Huang | 是 |
8 | Direct electrochemistry of catalase at amine-functionalized graphene/gold nanoparticles composite film for hydrogen peroxide sensor. Electrochim. Acta Kejing Huang, Dejun Niu, Xue Liu, Zhiwei Wu, Yang Fan, Yafang Chang, Yingying Wu | 5.116 | 2011年 56 卷 2947页 | 2011.01.11 | Kejing Huang | Kejing Huang | 是 |