生命相关重要离子、生物分子的电化学分析及可视化传感新策略

The research object of the proposed study are focused on important metal ions, anions and biomolecules associated with life systems. On the basis of the preparation of graphene, metal organic frameworks (MOFs) and transition metal nanomaterials based nanomaterials by using simple hydrothermal and electrochemical method, the ultrasensitive sensing platforms of colorimetric and electrochemical based on the above non-noble metal nanomaterials for the targeted biomolecules (ions) associated with life systems would be successfully established. Based on this, some conventional research methods such as spectral, electrochemical and density functional theory (DFT) methods were proposed and applied into the investigation of sensing process mechanism of high selective and sensitive electrochemical and colorimetric sensing platform. Additionally, the theoretical and applied models of the proposed ultrasensitive electrochemical and colorimetric sensing platforms would be established and a novel, accurate, simple and rapid detection methodology for life-related biomolecules (ions) in the complex system would be further developed. It can be seen that the proposed study has very important significance such as promoting and enlarging the application of the detection technology based on the proposed electrochemical and colorimetric analysis methods and, providing better understanding on the system of the related physiological and pathological process in life.

本项目以生命相关复杂体系中重要金属离子、阴离子和生物分子为研究对象，以简单的水热法和电化学方法制备氧化石墨烯（GO）、金属-有机骨架材料（MOFs）和过渡金属等功能化纳米材料为基础，构建基于上述非贵金属纳米材料的生命相关目标分子（离子）的超灵敏电化学和可视化传感平台；以光谱方法、电化学技术、密度泛函理论计算（DFT）为研究手段，深入研究基于上述非贵金属功能化纳米材料对生命相关目标分子（离子）的高选择性、高灵敏性的电化学分析和可视化传感、识别等过程机制，建立超灵敏分析传感平台的理论和应用模型，发展适于生命复杂体系中目标分子（离子）的准确、简单、快速的检测新技术和新方法。本项目研究对推动电化学分析和可视化检测技术在实际生产、生活中的试纸化应用进程以及认识、理解许多生理过程和揭示生命奥秘都具有十分重要的意义。

从化学角度阐述生命活动对于认识生命过程机制和建立医学诊断方法具有十分重要的意义。在生命相关的复杂体系中，一些重要的金属离子、阴离子和生物分子不仅是整个生命活动单元的直接参与者，也是生命基本化学反应和生物功能过程的调控者。因此，建立针对重要的金属离子、阴离子和生物分子等的高选择性、高灵敏性、高稳定性的传感新方法，发展简便、可靠、低成本、易操作的检测新技术显得尤为重要。尤其是如何进一步加快可视化试纸研发的进程，拓展即时检测传感技术在生命相关复杂体系中的实际应用尤为迫切。. 基于此，本项目以生命相关复杂体系中重要金属离子、阴离子和生物分子为研究对象，以氧化石墨烯、金属-有机骨架材料、过渡金属等纳米材料的微纳界面构筑和新型纳米酶的制备为基础，构建了系列化生命相关目标分子（离子）的传感平台。深入研究了具有微纳结构材料界面的生命相关目标分子（离子）的分析信号产生、转移和放大机制，揭示了微纳结构材料界面对生命相关目标分子（离子）的电化学和可视化传感原理，建立了一系列适合于生命相关复杂体系中目标分子（离子）直接或间接电化学、可视化、荧光、光热等分析新思路和新方法，并以此为基础提出了基于纳米酶的生命相关目标分子（离子）“试纸化” 检测新策略。项目研究为发展适用于生命复杂体系中目标分子（离子）的准确、简单、快速的检测新技术和新方法奠定了一定的基础。