项目名称：纳米和有机小分子生物传感体系的设计构筑及应用研究

提名单位：山西大学

提名意见：

生命体系中的离子、生物小分子和大分子广泛参与各种生命活动过程，对生物体有至关重要的作用。被提名项目“纳米和有机小分子生物传感体系的设计构筑及应用研究”针对生命体系中被检测物的结构特点，通过引入天然产物、蛋白、DNA等生物分子，结合功能化修饰、分子组装等技术，设计构筑了一系列生物相容性好、性能优良的生物传感新材料（包括金属纳米簇、光电纳米复合材料和有机小分子）。采用荧光和光电化学传感技术对离子、生物小分子和大分子的检测进行了详细探究，提出了邻位传感、夹心免疫等新策略，建立了灵敏度高、选择性好的分析测定新方法，并应用于活细胞中原位实时在线分析，对相关疾病的发病机理、临床诊断与治疗等具有重要意义。本项目为纳米材料功能化修饰和精确设计有机小分子提供了新技术和新方法，为化学材料在生物、医药、环境等方面的应用提供了新思路。

被提名项目在项目实施期间共发表SCI二区以上论文30余篇，其中5篇代表性论文的SCI引用次数207次，单篇SCI最高引用70次，项目研究成果意义重大，受到国内外同行的广泛关注。

推荐该项目为山西省自然科学奖二等奖。

项目简介：

该项目所属分析化学领域，研究方向属生命分析化学范畴。

生命体系中的离子、小分子和大分子等作为生物体重要的组成部分,它们的含量及存在状态与许多疾病息息相关,并直接反应生物体的健康状况。因此,生物分子的分析检测及细胞成像在生命过程的揭示与阐明、疾病的诊断与预防、药物的筛选与开发等方面有着重要的意义。本项目针对生命体系中离子、小分子和大分子的结构特点，以生物相容性好的纳米材料以及可精准设计合成的有机小分子为基础，构筑一系列用于生物传感的新材料体系，利用光、电传感原理，建立灵敏度高、选择性好的分析新方法，并应用于活细胞中原位、实时在线分析。

该项目的主要发现点：1.合成了以谷胱甘肽、卡托普利、鸡蛋白、蚕丝蛋白和氨基酸氧化酶等生物分子为配体的水溶性单金属纳米团簇和拥有近红外发射的双金属纳米团簇，具有稳定性好、低毒、生物相容性好等特点，并实现了对Cu²⁺、Hg²⁺、CN^-等离子以及pH、温度等的灵敏检测。为金属纳米簇的结构研究及设计提供了新方法。2.将量子点（如：CdTe、CdS等）与光电活性材料（如：AuNPs、TiO₂、g-C₃N₄等）复合，制备无毒或低毒、高活性和高稳定性的新型光电纳米复合材料，解决了光电化学传感器灵敏度低的瓶颈问题，实现了对汞、铜等金属离子的高灵敏和特异性检测；光电纳米复合材料通过巯基与金属的相互作用将其与生物大分子组装成新型纳米材料，构筑光电化学传感界面，实现了对蛋白（如：靶DNA、癌胚抗原、甲胎蛋白等）的高灵敏，高选择性检测。拓宽了光电化学传感在疾病诊断和临床检测的应用。 3.合成了H₂S、小分子生物巯基荧光探针，提出以-S-S-、-Se-Se-键和酯键作为双亲核反应位点的机理，具有比率荧光发射、Stokes位移大的特点，实现了激光共聚焦细胞成像中含硫生物小分子高灵敏可视化实时成像分析，为活性硫物种荧光探针的设计提供了新策略。

客观评价：

在项目实施期间，研究成果在Sens.Actuators B-Chem.,Chem.Soc.Rev.,Chem. Commun., Biosens. Bioelectron.等SCI二区以上期刊发表30余篇,其中5篇代表性论文的SCI引用次数共207次，项目研究成果意义重大，受到国内外同行的广泛关注。1）用谷胱甘肽为配体，制备的新型环境友好的金纳米团簇(GS-AuNCs)发表在Sens.Actuators B-Chem.,2013, 183, 583-588，单篇引用高达70次，被ChemicalReviews, 2017, 117(12): 8208-8271引用，指出该研究内容中Au₁₀₋₃₉原子数形成的纳米簇在光学吸收和发射等光谱特性上与纳米颗粒有明显的不同，具有分子一样的明确特征，并指出该方法是检测Cu²⁺的有效方法；AnalyticalChemistry,2015, 87(1): 216-229文章中在重金属离子检测时也引用了该文章。2）对DNA纳米结构的制备及在生物领域的应用进行全面总结，发表在Chem.Soc.Rev., 2013, 42(7): 2488-2496.(IF=40)，引用69次，得到同行的高度关注。3）构建的鸡蛋白、天然丝素保护的pH响应性荧光铜纳米团簇发表在Sens. ActuatorsB-Chem.,2015,220, 1064-1069.，也得到学术界的认可，Journal of Materials ChemistryA, 2017, 5(8): 4163-4171.对其进行了评价：铜纳米团簇合成中采用的蛋白质为配体，能够有效地防止铜纳米团簇的氧化和聚集,是具有pH响应行为的荧光纳米材料。4) S-亚硝基硫醇(SNO)与三芳基磷、亚磺酸等亲核试剂发生反应，以此为中间体是制备H₂S缓释剂的重要途径，该工作发表于Chem.Commun.,2017,53(82) 11257-11378，并被遴选为该期刊的封面文章,相关的研究结果和技术得到了同行的认可和肯定。5) 将纳米修饰和组装后形成诱导非酶发夹装置，用于靶DNA浓度检测的工作发表在Biosens. Bioelectron.,2018, 117, 91-96期刊上。Biosens. Bioelectron, 2019, 142,111557一文中评价该光电化学生物传感器有效避免了传统血液检测时成本高、分析时间长等弊端，成为新兴的DNA监测传感方法。Electrochim. Acta., 2020,344, 135581一文中评价上述基于光电化学的生物传感器是一种功能强大的分析方法，对于DNA的监测具有重要的意义。

代表性论文目录(5篇)：

[1].Guomei Zhang*,Yinghui Li, Jie Xu, Caihong Zhang,Shaomin Shuang, Chuan Dong*, Martin M.F. Choi, Glutathione-protectedfluorescent gold nanoclusters for sensitive and selective detection of Cu²⁺,Sensors & Actuators B: Chemical, 2013, 183, 583-588.

[2]. Guomei Zhang, Sumedh P. Surwade, Feng Zhou, Haitao Liu*, DNAnanostructure meets nanofabrication，Chem. Soc. Rev., 2013, 42(7): 2488-2496.

[3]. Yunyun Qiao, Ting Xu, Yan Zhang, CaihongZhang, Lihong Shi, Guomei Zhang*, Shaomin Shuang, Chuan Dong, Green synthesis of fluorescent copper nanoclusters for reversiblepH-sensors, Sensors and Actuators B:Chemical, 2015, 220,1064-1069.

[4]. CaihongZhang, Tyler D. Biggs, Nelmi O. Devarie-Baez, Shaomin Shuang, Chuan Dong*, Ming Xian*, S-Nitrosothiols: chemistry and reactions, ChemicalCommunications, 2017,53(82) 11266-11277.

[5]. Guangming Wen*,Wenxia Dong, Bin Liu, Zhongping Li*,Lifang Fan, A novel nonenzymatic cascade amplification for ultrasensitivephotoelectrochemical DNA sensing based on target driven to initiate cyclicassembly of hairpins, Biosensors andBioelectronics, 2018, 117, 91-96.

主要完成人情况：

姓名	温广明	性别	男			排名		3
出生地	山西岚县	民族	汉族			党派		中国共产党
归国人员	否	归国时间	无			国籍		中国
完成单位	山西大学					办公电话		上一条： 关于组织申报 2022 年度山西省重点研发计划（智能化领域） 项目的通知 下一条： 关于征集2025年度国家社科基金教育学重大重点项目选题建议的通知 地址：山西省晋中市榆次区文化街199号 Copyright@2011.AllRight Reseverd 学院公众号