基于多通道纳米光谱电化学的界面自组装过程分析技术研究

自组装技术是创造新物质和产生新功能的重要手段，而组装过程实时表征仪器及表征技术的研发是其得以发展的关键问题之一。本项目拟以申请者2007年首次发现的纳米等离子体共振能量转移（PRET）效应为基础，通过研制光学仪器接口、光谱电化学微池等关键部件、材料及相关分析软件，自主搭建一套集实时成像、在线多光谱检测（PRET光谱、表面增强拉曼光谱、荧光光谱）及电化学分析调制于一体的多通道纳米光谱电化学仪，并将其用于界面自组装过程的实时检测分析研究。.项目研究成果可望搭建国内首台具有自主知识产权的、可对界面自组装过程进行实时检测的多通道高灵敏分析仪器，并以此初步建立研究各类弱键相互作用与协同效应以及研究复杂自组装体系中多尺度关联效应的新技术、新方法，为自组装技术及功能材料制备等领域的研究提供新的表征分析手段，为揭示自组装体系组装机制的研究提供一定的技术支撑和理论实践基础。

本项目以等离子体共振散射效应为基础，通过研制关键部件、功能性纳米材料及光电耦合方法，自主搭建了一套集暗场散射成像、在线光谱、电化学检测于一体的多通道分析仪器。利用该仪器对微区界面上的等离子体共振散射光谱、实时暗场散射影像、拉曼光谱、荧光光谱及电化学信号进行实时分析，实现了单分子单颗粒水平的在线检测。研究内容如下：.1. 基于搭建的多通道分析仪器，利用纳米等离子共振散射光谱的耦合特性，通过在两种不同大小的金纳米颗粒表面分别连接炔基和叠氮基团，触发“点击化学”反应将两种金纳米颗粒连接，实现在单颗粒水平上“点击化学”反应的实时灵敏在线监测，为研究贵金属单纳米颗粒上化学反应速度以及反应效率提出了新思路和方法。利用单个金纳米离子的等离子共振散射光谱与其尺寸间的关系，以RGB理论为基础，编制了一套由散射光峰值波长高通量统计纳米粒子粒径的计算软件，建立了一种单纳米粒子粒径检测的新方法，用于快速获取细胞内纳米粒子的尺寸。.2. 通过界面分子自组装技术，构建了含生物醌电化学活性仿生界面，观测到差向异构的单糖分子与特异性凝集素蛋白的作用差异，为研究生物自组装体系的弱相互作用和特异蛋白检测提供了新途径。设计合成了一系列辅酶Q衍生物，将其包裹在磷脂双分子层内构建的仿生界面，用于研究NADH氧化还原性质，从电化学角度研究呼吸链中重要的电子与质子传递作用。进而，将这类辅酶Q化合物自组装在量子点表面，应用于细胞内的超氧阴离子自由基（ROS）的实时监测。.3. 通过等离子共振散射光谱与电化学联用技术，观测了单个铜纳米粒子在氧化铟锡电极表面的生长以及氧化过程，为研究铜及铜氧化层的催化活性提供了研究方法；进而将该技术推广到在氧化铟锡电极上自组装生物膜/通道蛋白模板，在线观察了贵金属粒子在界面组装的单个蛋白质形成的纳米通道内的生长过程。.项目执行期间共发表SCI论文37篇（封面文章6篇），其中IF大于5的文章22篇，包括：Angew. Chem. Int. Ed. 3篇，J. Am. Chem. Soc. 2篇，Anal. Chem. 3篇，Nat. Protoc.1篇，Chem. Commun. 6篇，受邀撰写综述1篇（Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 632）。参加国际会议4人次，国内会议15人次，发表会议论文9篇，申请专利3项。10人获得博士学位，5人获得硕士学位。