基于plasmonic杂化纳米结构的新型化学和生物传感研究

Gold-based nanostructures with nanoengineered structures, tunable optical properties and integrated functionality have attracted much attention recently since such nanostructures have the potential to revolutionize biosensing and nanomedicine applications, due to their unique optical and photothermal propeties caused by localized surface plasmon resonance. In this project, we focus on design and controlled synthesis of novel hybrid plasmonic nanostructure，especially Au-based core-shell-type nanostructures, and using them as a novel platform for ultrasensitive sensing and biosensing applications. Besides chemical modification, specific enzymatic systems will also be used to design novel nanoplasmonic probes, and optical methods and surface-enhanced spectroscopy will be employed for (bio)sensing studies on molecular and cell levels.

以金为主的贵金属纳米结构，由于其独特的与其尺寸和形貌高度相关的plasmonic（金属等离激元）光学特性，近年来在生物传感和纳米医学领域引起了人们广泛兴趣和极大关注。本项目选取纳米尺度精细设计制备的plasmonic 杂化纳米结构作为新型化学和生物传感平台, 结合课题组多年来在plasmonic 杂化纳米结构设计/制备及应用方面积累的优势和特色, 围绕有关的生物/纳米界面问题开展分析化学基础研究。项目以核-壳型或其它特殊结构plasmonic 杂化纳米粒子单元为主, 选取若干感兴趣的化学和生化分析对象，通过适当表面化学修饰并结合特异酶反应体系构筑灵敏的plasmonic传感探针，采用光学检测方法并借助表面增强拉曼、表面增强荧光等谱学方法，在分子和细胞水平上开展新型化学和生物传感的分析化学基础研究。

本项目选取在纳米尺度上精细设计制备的plasmonic杂化纳米结构作为新型化学和生物传感平台, 针对有关的生物/纳米界面问题开展分析化学基础研究。项目按计划执行，经过四年的努力，在功能性plasmonic杂化纳米结构探针设计/制备、传感新体系构建、以及分子和细胞水平的化学和生物传感分析应用方面取得了令人满意的研究成果。设计和制备了近十种具有灵敏光学和谱学响应的plasmonic杂化纳米探针, 成功用于非酶法尿酸检测、胶体溶液中氢气的灵敏传感检测和光催化产氢体系的产氢效率评估、灵敏的SERS化学和单细胞检测、以及光催化反应的传感应用等，丰富和发展了plasmonic杂化纳米探针的设计制备和传感应用；揭示了长程局域表面等离激元共振的场效应和电子效应对光催化反应和长程电子输运的作用和影响，为开发新型化学和生物传感器件提供新思路和研究方向，具有重要的科学意义和应用前景；尤其是在探针的单细胞研究中开发出一种智能化、免标记的癌细胞体外快速可视化筛查技术，并揭示了健康细胞和癌细胞在光热或电刺激死亡过程中的分子应激响应差异，为下一步开发癌症诊疗新技术奠定了基础，具有非常重要的科学意义和应用前景。项目资助期间(2015-2018年)，已在J. Am. Chem. Soc.、Chem. Commun.、Anal. Chem.、ACS Catal.、iScience、Nano Res.、ACS Sensors、Nanoscale、ACS Appl. Mater. Interfaces等学术期刊发表基金标注SCI论文16篇（其中影响因子7以上的文章9篇), 包括两篇Anal. Chem.封面文章。