2021年CAIA獎二等獎：原子尺度催化材料在生物傳感中的應用研究
完成單位：華中師范大學化學學院，武漢工程大學材料科學與工程學院
完成人：朱成周（華中師范大學），顧文玲（華中師范大學），胡六永（武漢工程大學）
鑒于在面向行業(yè)的智能傳感器及系統(tǒng)和傳感器研發(fā)支撐平臺發(fā)展的迫切需求，發(fā)展高性能生物傳感器可以實現(xiàn)對一系列目標物的靈敏檢測，因而在食品安全，疾病診斷和環(huán)境保護等領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。納米材料由于其出色的生物相容性、穩(wěn)定性和獨特的光電磁效應，被廣泛用于生物傳感器件的設計與制備。其中，功能納米材料作為高活性催化劑，可以通過相應的催化化學反應進行信號放大提高生物傳感性能。精準調控納米材料的形貌、結構和組成并結合界面工程和缺陷工程實現(xiàn)其高催化性能為構建高靈敏度的生物傳感器的提供了可能。原子尺度材料，尤其單原子催化劑，極大地提高了金屬原子的利用效率并實現(xiàn)了催化反應的高活性和高選擇性，是當前催化領域研究的前沿。
針對現(xiàn)有目標物檢測靈敏度低等關鍵性問題，本項目突破了納米尺度催化材料的研究思路并發(fā)展了新型原子尺度材料，結合其優(yōu)異的催化活性，實現(xiàn)了生物傳感的催化信號放大。主要創(chuàng)新點有：（1）模擬金屬酶催化活性中心實現(xiàn)原子尺度材料的仿生設計，調控金屬原子的電子和幾何結構提高其本征活性以實現(xiàn)原子尺度材料優(yōu)異的類酶催化活性；（2）利用原子尺度材料優(yōu)異的催化性能以及獨特的物理化學性質實現(xiàn)其催化信號放大，探索了其在比色、電化學發(fā)光和光電傳感等領域的應用，實現(xiàn)了一系列目標物的高靈敏檢測；（3）探索了原子尺度材料界面與目標物分子間的相互作用，系統(tǒng)研究了原子尺度材料的小分子活化增敏和信號轉換機制。
借力大健康和學科交叉，原子尺度材料為構建高靈敏的生物傳感器提供了新的解決方案，將有力地推動了納米生物傳感的快速發(fā)展，大幅度提升了生物傳感性能、賦予其新的功能和特性。
