细胞通讯过程的高空间分辨电分析化学研究

Cell communication process involves dynamic release and recognition of various signaling molecules. Developing electroanalytical chemistry methods with high spatial resolution is of great significance for deeply understanding signaling molecules release from different sites across cell surface. The key scientific issues in this project is how to build up the electrochemical biosensing methods in the restricted space across cell surface for the important signaling molecules such as neurotransmitters, neuromodulator, and protein hormones etc. Based on the cross-cutting areas of electroanalytical chemistry, materials science, and neuroscience, this project plan to 1) build up new types of electrode/solution interface and electrochemical catalytic systems using micro/nano-structured material and enzymatic biotechnology; 2) fabricate high spatial density microelectrode arrays by different kinds of microfabricated methods; and 3) build highly selective micro-electrochemical biosensor arrays for variety of important signaling molecules analysis in single cell level. The project includes a series of innovative ideas, the implementation will supply key experimental techniques for electrochemical biosensing of important signaling molecules in the restricted space across cell surface, and thereby contributing the understanding of cell communication and signal transduction process in molecular level.

细胞通讯过程涉及多种信号分子的动态释放和识别，发展高空间分辨率的电分析化学方法对于研究和深刻理解细胞表面不同位点的信号分子释放规律具有具有十分重要的意义。本项目针对如何实现细胞化学信号通讯中细胞表面不同微区神经递质、调质、蛋白质激素等重要信号分子的电化学选择性传感与分析的关键科学问题，立足于电分析化学、材料科学和神经科学的交叉，拟开展以下研究：1）利用微纳结构和酶催化生物技术，构筑新型的电极/溶液界面和电化学催化体系，详细研究其基础电化学行为；2）结合多种微构筑技术制备面向单细胞层次分析的不同种类高空间密度的微电极阵列；3)在微电极阵列基础上，构建多种重要信号分子的高选择性高空间分辨的微型电化学阵列传感新方法。该项目包含着一系列新颖的构思，其实施将为细胞化学信号通讯中重要信号分子的电化学选择性传感与微区分析提供关键的实验技术，从而促进在分子水平上对细胞通讯和信号转导过程的认识。

本研究围绕建立细胞化学信号通讯中细胞表面不同微区神经递质、调质、蛋白质激素等重要信号分子的电化学选择性传感与分析的新原理和新方法， 从（1）微纳结构材料的设计、合成、功能化和构筑新型的电极/溶液和荧光传感；（2）单组分（抗坏血酸、金属离子、多巴胺等）活体和细胞电化学和荧光分析的新方法和新技术研究；（3）制备面向单细胞层次分析的不同种类高空间密度的微电极阵列及微型电化学阵列传感新方法研究三个层面展开系统的研究，取得了一系列有特色的创新性成果。二年来，以通讯作者和第一作者共完成SCI 论文14 篇，其中Anal. Chem.3 篇； Biosens. Bioelectron. 1篇，ACS Appl. Mater. Interfaces和Analyst各1 篇；获得 “基于凡士林的微电极阵列及其制作方法” 国家发明专利授权1项；获得2015年国家自然科学奖二等奖（第五完成人）。