基于光电化学的活体分析新方法研究

It is of great significance to quantitatively monitor the levels of bioactive molecules in vivo, because they play key roles in many critical biological processes. It also offers opportunities to understand the essence of biological process. In this project, we plan to develop a new visible-light-activated photoelectrochemical sensor for determination of various bioactive molecules in vivo with high sensitivity and specificity. The constructed highly ordered ZnO nanotube arrays are going to be modified with carbon quantum dots and Au nanoparticles, and it will make the whole system active under visible light illumination and improve the photon-electron conversion efficiency. Additionally, the well-connected nanostructure will offer a biocompatible microenvironment for increasing the quantity and bioactivity of immobilized enzymes, leading to high sensitivity and a fast response of the sensor. This strategy may promote the applications of new functional nanomaterials in the in vivo analysis.Moreover, the established method can provide a sensitive approach for the detection of biomolecules with very low concentration in vivo.

生理活性分子在生命活动过程中扮演着极为重要的角色，对这些分子建立快速简便的分析方法有助于深入认识生命过程的本质，因此具有非常重要的意义。本项目拟制备无机半导体纳米管阵列，通过复合碳量子点与金纳米颗粒实现其对可见光响应并具有高的光电转换效率，利用复合纳米材料形成的三维结构提高酶的固定量并有效保持其生物活性，构建基于无机半导体纳米复合材料的光电化学生物传感器，并与活体微透析取样技术相结合，实现活体中多种生理活性物质的高灵敏高选择性检测。本项目的实施不仅开拓了多功能纳米复合材料在活体分析领域的新应用，也为活体中痕量物质的高灵敏高选择性检测提供一种新方法。

探索神经系统的奥秘是当前生命科学界最重要的研究课题之一，在脑神经信息传递以及多种生理活动过程中，都有化学物质的参与，因此研究和建立快速简便的分析方法，实现对这些生理活性分子的有效分析检测，有助于认识脑神经过程的化学本质，为脑功能和脑神经系统疾病病理和药理研究提供重要信息。本项目利用光电化学、电化学、荧光等技术，通过建立选择性好，灵敏度高的简便可靠的分析方法，构建了多种针对多种生理活性物质的生物传感器：通过碳量子点敏化传统半导体纳米材料以增强其对可见光响应，提高光电转换效率；与电化学方法相结合，发展了新型快速、灵敏、选择性好的生物传感器，成功实现多种药物活性成分的电化学检测；以镧系元素配位聚合物为荧光探针，基于分子特异性识别设计了两种荧光传感器，成功实现组氨酸和半胱氨酸的同时检测，以及Fe2+/3+的高灵敏检测，并与微透析取样技术相结合，实现了鼠脑内Fe2+/3+的选择性分析。