基于仿生智能纳米孔道的活体分析新方法研究

It is of great importance to reveal the chemical nature of the brain function, including resolving the neural substrates in vivo and real time and understanding the change rules of these chemicals. The goal of this project is to develop new methods for in vivo analysis by designing and constructing detection principle of high sensitivity with bio-inspired smart nanopores based on the chemical characteristics of physiological active substances. This project will focus on developing new principle and methods for in vivo analysis, which includes designing and developing multi-functional bionic nanopores through the transporting of physiological active substances in the living systems, studying the strategies of mass transport under different conditions and developing new methods of analytical chemistry based on the smart nanopore systems, improving the applications of established approach through the research platform of in vivo analysis in our group. The implementation of this project will promote a great progress in the field of in vivo analytical chemistry.

活体、实时、动态分析脑内神经物质，进而了解这些化学物质的变化规律，对于揭示大脑功能的化学本质具有极其重要的意义。本项目拟利用仿生智能纳米孔道，针对生理活性物质的化学特性，通过合理设计并有效构筑高灵敏度的检测原理，发展针对活体分析化学的新方法。研究内容包括：1)通过对于自然现象的认识和生理活性物质的利用，设计并制备仿生纳米孔道结构，通过学习生命体系中物质输运的策略，发展并构筑多功能化的纳米孔道检测原理；2)系统研究仿生智能纳米孔道体系中，生理活性物质在不同条件状态下的传输规律，建立和发展基于纳米孔道的分析化学新方法；3)通过利用申请者所在实验室已有的活体分析研究平台，系统地研究所建立的方法在活体分析中的应用。本项目的实施将进一步拓宽活体分析化学研究，提升我国该领域的国际学术地位。

基于纳米多孔膜和智能响应性材料的功能特性，我们系统研究了纳米流体的离子传输机理及活体分析应用，探索了不同碳材料及其复合结构在活体分析中的电化学传感和应用。一方面，采用核酸超结构组装的智能纳米孔道作为模型系统，研究了在对称状态中间所形成的非对称离子传输的整流效应的动态变化，并将该方法应用于ATP的选择性活体分析；同时，利用多孔框架材料膜及外界环境的刺激响应实现离子在亚纳米孔道中的智能调控传输。另一方面，我们对不同功能材料的独特物理化学性质及其复合结构进行了研究和探索，实现了活体脑神经系统中部分重要生理活性分子的快速高灵敏检测分析，并取得了相应的研究成果。不仅为未来纳流装置的离子传输研究提供了支持，也为后续发展活体分析新原理和方法奠定了基础，进而应用于基于纳流体系的活体传感分析。