单个固态plasmonic纳米孔基单分子电分析化学研究

作为一种特殊的生物/纳米界面模型和超灵敏的生物分析方法，纳米孔结构及其相关分析技术最近引起了人们的极大关注。一方面，由于在生物体中纳米孔结构无处不在，DNA、RNA以及蛋白质等带电生物大分子通过各种生物膜上的纳米微孔的迁移是生命现象中的关键运动步骤之一；另一方面，基于生物体纳米孔结构以及人工纳米孔结构发展起来的独特生物分析技术，已经在快速第三代DNA测序、基因治疗、蛋白质结构分析和药物控制释放等方面展露出潜在的重要应用价值。本课题主要是构建新型功能化的具有金属等离子体激元光学特性的单个固态功能性plasmonic纳米孔结构与装置，作为新颖的单分子电分析方法和研究平台，将之与重要的化学与生化基本问题有机相结合，在分子水平上对一些重要的化学和生物问题（如： 生物分子相互作用，蛋白质结构变性/折叠与去折叠，单分子酶反应等）进行基础研究和前瞻探索性基础研究。

本项目主要构建新型功能化的具有金属等离子体激元光学特性的单个人工固态玻璃毛细管纳米孔结构与装置，并将其作为新颖的单分子电分析方法和研究平台开展电分析化学研究。我们克服了玻璃毛细管纳米孔内壁由于传质困难不易进行超薄金膜沉积生长的技术难题，成功开发了三种不同的化学方法：（1）化学修饰金纳米粒子催化生长，（2）酶反应生长法以及（3）直接光化学还原法，分别对制备的玻璃毛细管纳米孔进行进一步的超薄金膜沉积处理，成功制备了plasmonic镀金玻璃毛细管纳米孔结构，并建立了相应的表征方法。我们首次提出并成功将透射电子显微镜(TEM)、TEM面扫元素分析及X-射线能谱(EDX)分析，以及半导体量子点的荧光淬灭表征等方法用于金膜修饰前后的玻璃纳米孔的表征和分析。在玻璃毛细管纳米孔和镀金玻璃毛细管纳米孔化学修饰及分析化学应用方面，我们尝试开展了小尺寸双层磷脂囊泡(vesicle) 穿孔动力学行为的纳米孔研究; 并成功地将纳米孔技术用于非酶法检测尿酸和铜离子，等。这些实质性的进展为推动功能化玻璃毛细管纳米孔的分析化学应用和发展、并为下一步课题组继续开展单分子体系和单细胞的（plasmonic）纳米孔电分析化学研究打下坚实的基础。