2024年分析測試科學獎一等獎：單實體碰撞電分析化學
完成單位：湖南大學
完成人：周一歌，徐為，梁澤榮，彭美紅，李峪安，鐘瑞，張嫄嫄
成果簡介：納米顆粒是構建電化學信號轉導界面的重要材料，準確闡述納米顆粒的構效關系對發展高性能電分析傳感器及電化學能源體系至關重要。傳統的納米顆粒電化學測量方法是在宏觀尺度上針對納米顆粒群體進行考察，但由于納米顆粒在結構和功能上的異質性，該方法無法在微納尺度準確描述納米顆粒的本征物理化學性質。鑒于此，申請人建立并發展了納米顆粒碰撞電分析化學新方法，利用在電解液中進行布朗運動的納米顆粒與超微電極表面碰撞時刻發生的電化學反應，實現了單個納米顆粒性質的高時間分辨率、高通量的原位、動態考察及相應反應動力學和機制的探索，對揭示納米限域尺度下顆粒的物化性質意義重大。進而在此方法學基礎上發展了流動電化學策略與高靈敏度液體活檢新方法，為發展高性能電化學傳感器與能源體系提供了重要的理論支撐，為新能源、大健康等關乎國計民生的重大問題提供了新的方法和思路。
相關成果發表在Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Lett.、ACS Nano等期刊，獲授權發明專利1項。項目第一完成人依托湖南樂準智芯生物科技有限公司主持“湖南省生物芯片國際科技創新合作基地”，以該基地為研究平臺，作為公司首席科學家將本成果部分技術內容推廣應用，研發出的體外診斷生物芯片產品已實現轉化與銷售。
創新點及科學價值：（1）建立及發展單顆粒碰撞電分析化學新方法，利用對電解液中進行布朗運動的納米顆粒與微電極表面碰撞時刻發生的電化學反應，實現納米限域條件下單個納米顆粒性質的高時間分辨率、高通量的原位考察及相應反應過程和機理的探索。
（2）提出基于單顆粒碰撞電化學模型的流動電化學新概念，催化劑的反應模式由傳統的長時間、連續性反應轉變為時間尺度顯著縮短的間斷性反應，且傳質環境由效率較低的線性擴散轉變為效率極大提升的球形擴散。這些特點抑制了許多常見的催化劑疲勞機制，顯著提升了電流輸出效率、反應動力學及催化反應數，并有望改善反應選擇性。該研究為催化劑的利用方式提供了嶄新思路，為構建高性能電化學傳感器與能源體系提供了新的策略。
（3）利用單顆粒碰撞電化學的低檢測限、原位、高通量、可計數的分析特點，結合芯片電化學技術，構建高靈敏度、準確快速且便攜的均相液體活檢新體系，實現分析物計數及重要生命過程的實時動態檢測，極大推動了現場即時檢測的進程。
社會經濟效益：將本成果部分技術內容推廣應用，已研發出一卡一檢及一卡多檢生物芯片產品及相應門急診專用儀器。目前已擁有多種分析物試劑盒及相應分析儀的醫療器械生產許可，產品LZ-8000i全自動免疫分析儀及配套芯片試劑耗材已銷往上海、廣東、湖南等地，銷售額達數十萬元。
應用前景：液體活檢、電化學能源轉換等
