抗菌类药物的电化学性质及高灵敏检测方法研究

Recently, functional nanomaterials have attracted great interests in the research field of electrochemistry for applications in electrocatalysis and electroanalysis. Graphene is a new type of nanomaterials that possess unique electrochemical properties which hold promising applications in developing high sensitive electrochemical devices. This project aims to synthesize a series of graphene based nanocomposites and study their electrochemical behaviour and their capacity to enhance the electrochemical response of antibiotics. The electrochemical behavior and the electrode reaction mechanism of some antimicrobial drugs will be studied in detail. Based on these results, a series of sensitive, simple and accurate method for the electrochemical analysis of drugs will be developed. In addition, we will also explore some new technologies such as electrochemical aptamer biosensors for the detection of non-electroactive drug molecules. Microchip technology will also be applied in order to achieve the rapid, sensitive and highly selective electrochemical measurement of drugs in trace amounts of real samples. This part of research will provide an alternative high-sensitive technique for drug measurements and greatly expand the detection range of drugs using electrochemical methods. Smooth implementation of this project will not only promote and expand the practical application of novel functional nanomaterials, it will also provide scientific data and technology platform for developing the next generation of low-cost, highly sensitive drug measurement devices.

近年来，功能纳米材料在电催化分析中的应用已成为当前电化学领域的一个研究热点。鉴于石墨烯等纳米复合材料的特殊电化学性质及在发展高灵敏电化学检测器件上的潜在应用价值，本项目拟研究抗菌类药物在石墨烯纳米复合材料修饰电极上的电化学行为和电极反应机理，探索纳米复合材料对药物电化学行为的增敏作用，并在此基础上发展一系列灵敏、简单、准确的药物电化学分析方法。同时，我们还将探索一些新的电化学测试技术，如发展适体生物传感器用于非电活性药物的检测以拓展药物的电化学检测范围，并在此基础上发展可用于电化学药物测定的芯片技术，以期实现微量实际样品在此电化学芯片上的方便、快速、灵敏和高选择性测定。此项目的顺利开展不仅可进一步促进和拓展新型功能纳米材料的应用范围，发展和完善新的电化学药物测试技术，同时也可为发展下一代低成本、高灵敏的药物检测器件提供科学数据和技术平台。

抗菌类药物的过量使用及其在食物和环境中的残留污染给人类健康带来了严重威胁。石墨烯及其纳米复合材料因具有优良的电化学性质，近年来在灵敏电分析领域受到了人们极大关注。本项目成功制备了多种石墨烯纳米复合物并将其用于电极修饰，实现了对多菌灵、环丙沙星等电活性抗菌类药物小分子的高效富集和电化学行为增敏，并在此基础上构建了一系列可用于其灵敏、简单检测的电催化方法。结合核酸适配体的特异性识别，以及直接捕获到石墨烯纳米复合物修饰电极上的电活性抗菌素分子的电催化作用，或者间接捕获的高含量酶标记物的灵敏催化信号转导，成功发展了多种性能优良的抗菌素生物传感方法。基于石墨烯及其它相关纳米材料的优良性质，本项目还同时发展了一些可用于葡萄糖、蛋白质标志物等其它目标分析物检测的高灵敏纳米生物传感新方法。本项目研究结果不仅为复杂基质中抗菌类药物残留等的低成本、灵敏、方便、选择性测定提供了多种方法选择，而且还进一步拓展了功能纳米材料的应用范围，为具有特定性能的纳米复合物的简单、有效制备提供了重要经验参考。项目执行以来，先后在Biosensors and Bioelectronics, Carbon和Analytica Chimica Acta等SCI收录期刊上发表科研论文24篇，其中12篇论文期刊影响因子>5.0；申请国家发明专利5件，其中2件已授权。项目先后吸引10余名研究生、30余名本科生参加相关研究工作，其中20余名已经以优异成绩毕业。