基于微纳流控场效应管的生命分析新方法研究

This project proposes a strategy using nanofluidic field effect transistor to realize amplification of chemical signal of biomolecular recognition reactions. On the basis of theoretical and experimental studies, we will design and fabricate nanofluidic field effect transistor with controllable surface properties and low gate potential. Then, the influence of electrostatic interactions, gate potential and surface characteristics on the mass transfer in nanofluidic field effect transistor will be investigated. On this basis, we then attempt to understand the interactions between biomolecules and nanofluidic field effect transistor and explore the mechanism of signal amplification of nanofluidic field effect transistor. Finally, an analysis platform for biomolecular recognition reactions based on the nanofluidic field effect transistor will be developed for amplification acquiring of chemical signals. The results will provide novel methodology and technical supports for the development of analytical chemistry for life sciences.

本项目拟采用理论与实验相结合的策略，设计制备结构与表面性质可控、低门控电位的纳流控场效应管器件；研究纳流控场效应管表面性质、门电位、静电作用等对纳通道内物质传输的影响，实现对物质传输的有效调控，提升纳流控场效应管在高离子强度下的性能；在此基础上，研究生物分子与微纳流控场效应管的相互作用，揭示纳流控场效应管在生物分子检测中的信号放大机制，实现对生物分子的高灵敏检测；最终建立基于微纳流控场效应管的生物分子分析新方法，建立相应的生命分析平台，为生命分析的发展提供方法学与技术支撑。

根据项目的研究计划，我们在近四年的努力探索下,完成了研究计划，实现了预计的各项科学目标。在纳流控场效应管设计、制备、物质传输性质以及纳流控场效应管在分析中的应用等方面取得了一系列研究成果；从理论和实验结合的角度阐述了纳流控场效应管离子传输性质、电流放大机制，提高了纳流控场效应管在高离子强度下信号放大倍数急剧下降的问题，实现了利用纳米通道门控电位来实现离子选择性分离、构建离子信号逻辑门电路。这些为丰富和发展了分析化学基本原理，为认识生命过程、构建高灵敏生物分析方法提供了一个可行的技术平台。项目执行期间已发表论文14篇，包括Anal. Chem. 2篇，J. Phys. Chem. Lett. 1篇，ACS Appl. Mater. Interfaces. 1篇，CCS Chem. 1篇，J. Phys. Chem. C 2篇；；申请发明专利2项；在国内外学术会议和学术机构做口头报告4次，国际会议墙报展示1次，培养博士生1名，硕士生4名。