基于光子晶体材料构建的光电化学生物传感器

To elucidate the chemical and biological information of life processes and activities, highly sensitive and selective determination of molecules of life information is necessary. In this proposal, the photoelectrochemical (PEC) biosensors based on photonic crystal would be fabricated, and the new device would increase the sensitivity by means of improving the photo-to-electricity conversion efficiency. In addition, to realize the PEC determination under visible light, the plasmonic Au nanoparticles would be arched in the photonic crystal layer. The new PEC device would be modified by glucose oxidase and molecular imprinted polymer for determining glucose and dopamine respectively. Furthermore, the PEC biosensor would be expanded to determine other important molecules of life information, such as protein, nucleic acid and polypeptide.

生命信息分子的高灵敏、高识别检测已成为获取生命过程中化学与生物信息的主要手段，并已成为阐述生命活动机理的核心问题。本项目拟构建基于光子晶体材料的光电化学生物传感器，通过提高光电转换效率，增加检测的灵敏度。同时，将具有表面等离子共振特性的金纳米粒子嵌入在二氧化钛光子晶体材料中，被光子晶体材料所捕获的光子将引起金纳米粒子的等离子共振，从而实现可见光照射下的光电化学检测。以此光电材料为检测平台，以葡萄糖、多巴胺为目标分子，在实现高灵敏光电检测的同时，分别通过酶识别和分子印迹识别技术，实现待测分子的高识别度、高选择性检测。此光电化学检测方法将被扩展至更多的生命活性物质的检测，如蛋白质、核酸、多肽等，为具有特异性、敏感性的物质检测提出重要、有效的途径。

光电分析化学作为一种新型的化学分析手段在重要生命信息分子的检测领域受到越来越多的重视。为了进一步提高光电分析化学的灵敏度，本项目中将光子晶体材料引入光电极的设计与制备，大大增强光电极对光子的捕获能力，从而提高光电转换效率，获得出色的光电化学检测灵敏度。为了提高光电分析的选择性，具有特定生物分子识别能力的适配体被固定在光电极表面，实现高选择检测。多种重要的光电极材料，如TiO2, Fe2O3, Cu2O, BiVO4被成功制备，并组装为光电化学传感器，实现了多种重要生命信息分子如多巴胺、过氧化氢、溶菌酶、凝血酶等的检测。另外，还制备多种电催化、光电催化材料，为构建新型电化学、光电化学传感器提供材料保障。通过本项目的实施，不仅为多种重要生命信息分子的检测提供了新型、高效的光电分析方法，还为多目标物的多通道同时分析检测提供了切实可行的途径，为其它学科中的新原理新方法与分析化学的融合建立了一种新的研究模式。发表了本基金资助的高水平研究论文16篇；获得上海市浦江人才计划支持和上海市闵行区领军人才计划支持；2017年项目负责人获得基金委面上项目基金资助。