卟啉-半导体纳米复合物的组装与光电生物传感

本项目利用卟啉良好的光、电催化性能，将卟啉仿生酶研究和电化学生物传感应用与纳米技术结合，设计制备吸收波长可调的卟啉仿生酶和表面可控的半导体纳米材料；然后通过共价键合或静电吸附将卟啉有序地组装到纳米材料上形成卟啉-半导体纳米复合物，构建高灵敏的光电生物传感器；在可见光激发下，对生物小分子进行光电催化，实现在低电位下、可见光区对电活性生物信号小分子进行检测，并利用光致空穴扩展到为非电活性分子的电化学检测提供新的思路和分析方法。进一步研究电子在复合物与电极表面的转移过程，澄清卟啉-半导体纳米复合物对生物分子光电催化机理。研究工作对于理解卟啉类酶的催化机制，认识其生命过程具有重要的意义；并为发展高效的卟啉仿生酶光电器件提供了技术支撑，具有重要的应用价值。

在基金项目21075060的资助下，研究工作按项目计划围绕生物相容性纳米材料的制备、卟啉纳米组装及光电生物传感新方法、光电化学传感新机理进行了研究。构建了一系列新型光电化学传感器和高效卟啉光电器件，取得了具有自主知识产权的研究成果。主要创新性成果如下：1）制备了双齿螯合的新型量子点材料及高负载的量子点-碳纳米球复合物，合成了氮化碳二维半导体纳米片，为光电传感提供了有效的生物相容性检测平台。2）设计了卟啉功能化的二氧化钛和量子点功能化的氧化锌纳米片与石墨烯复合物，实现了卟啉在石墨烯、Au纳米粒子、DNA的有序纳米组装，并成功用于谷胱甘肽、DNA和癌胚抗原光电化学生物传感及生物小分子电化学传感。3）提出了电子供体增强光电化学转导新体系，澄清了基于激发态缺陷的阴极光电检测新原理，发展了基于共反应剂消耗和抑制电荷重组光电传感新机制。.经过近三年的研究工作，圆满完成了研究计划，实现了预计各项科学目标，已发表SCI论文27篇，其中在影响因子大于5.0刊物发表论文14篇，申请发明专利2件，出版译著1部。项目负责人2011年入选南京大学“优秀中青年学科带头人培养计划”。2013年获高等学校科学研究优秀成果奖自然科学一等奖(排名第2) 1项。这些新材料、新原理和新方法为推动分析化学及相关学科的发展，特别是电分析化学的发展起到积极的推动作用。