獲獎項目簡介
2025年中國分析測試科學(xué)獎二等獎：MOF限域催化與仿生信號放大協(xié)同構(gòu)建高性能生物傳感平臺
完成單位：南京理工大學(xué) 青島大學(xué) 青島理工大學(xué) 深圳大學(xué)
完成人：單丹，張光耀，柴會寧，曲麗君，李怡萱，張學(xué)記，宗麗萍，蔡文蓉，李俊吉，張勝利
成果簡介：
本項目聚焦生物傳感領(lǐng)域“信號弱、干擾強、集成難”三大瓶頸，圍繞MOF限域催化與仿生信號放大機(jī)制，構(gòu)建了多模式、可穿戴的高性能生物傳感平臺，突破了傳統(tǒng)技術(shù)的效率與穩(wěn)定性障礙。
在信號放大方面，首創(chuàng)“配體交換重構(gòu)自增強ECL”策略，將發(fā)光體與共反應(yīng)劑一體化整合；并發(fā)展出“溶解氧雙通道響應(yīng)”、“共振能量轉(zhuǎn)移放大”及“脂質(zhì)體隔離”等新機(jī)制，構(gòu)筑了高效的電子/能量轉(zhuǎn)移路徑，顯著提升了信號強度與信噪比。
在MOF限域催化方面，構(gòu)建了“MOF-on-MOF級聯(lián)催化”與“V-Fe雙位點協(xié)同”納米酶，并通過ZIF-8限域共封裝技術(shù)，大幅提升了多酶體系的催化效率與環(huán)境耐受性，增強了比色、ECL與PEC等多模式信號輸出。
該平臺在生物標(biāo)志物檢測中表現(xiàn)卓越，檢出限低至0.13 nM，信噪比提升超5倍。成果已成功集成為智能手機(jī)驅(qū)動的可穿戴PEC傳感器，實現(xiàn)了無酶、無外源電源的原位即時檢測。項目已授權(quán)發(fā)明專利9項，代表性成果被權(quán)威綜述重點引用累計超400次，并完成超500萬元的企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)化合同，在基礎(chǔ)研究、工程應(yīng)用與公共健康領(lǐng)域展現(xiàn)出重大價值與廣闊前景。
創(chuàng)新點及科學(xué)價值：
該成果圍繞生物傳感信號放大與器件集成，取得了一系列理論與技術(shù)突破。
在ECL領(lǐng)域，首創(chuàng)“配體交換重構(gòu)自增強”策略，將發(fā)光體與共反應(yīng)劑整合于單分子框架，顛覆了傳統(tǒng)共反應(yīng)物依賴機(jī)制。同時，揭示了“溶解氧-活性氧”雙通道競爭機(jī)制，構(gòu)建了首個免標(biāo)記比率型ECL傳感模型，為復(fù)雜體系檢測提供了抗干擾新范式。通過構(gòu)建仿生光捕獲系統(tǒng)和利用脂質(zhì)體“生物膜隔離效應(yīng)”，重構(gòu)了ECL能量傳遞理論，顯著提升了發(fā)光效率。
在納米酶催化方面，首創(chuàng)“MOF-on-MOF”雙納米酶體系與“雙位點協(xié)同催化”模型，并結(jié)合DFT計算證實了其電子協(xié)同效應(yīng)，解決了納米酶活性位點調(diào)控的難題。通過ZIF-8限域封裝，首次實現(xiàn)了納米酶與生物酶的協(xié)同保護(hù)，穩(wěn)定性提升超10倍，為原位傳感提供了通用方案。
在器件集成方面，首次將卟啉MOF復(fù)合材料用于智能手機(jī)光驅(qū)動的可穿戴PEC傳感平臺，實現(xiàn)了無外源電源的汗液維生素C原位無酶檢測。
社會經(jīng)濟(jì)效益：
經(jīng)濟(jì)效益方面，通過與江蘇知至生物科技、南京立頂醫(yī)療科技等企業(yè)合作，簽訂了總額超500萬元的技術(shù)開發(fā)合同，有效推動了科研成果向市場的轉(zhuǎn)化。
社會效益方面，成果在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域貢獻(xiàn)突出，所開發(fā)的高靈敏度傳感器在新冠病毒檢測中實現(xiàn)了快速篩查，有效支持了疫情防控。在環(huán)境監(jiān)測與食品安全領(lǐng)域，該技術(shù)能夠快速檢測重金屬和農(nóng)藥殘留，為生態(tài)保護(hù)和公眾健康提供了有力保障。
人才培養(yǎng)方面，通過與企業(yè)共建江蘇省研究生工作站，打通了產(chǎn)學(xué)研鏈條，培養(yǎng)了一批高素質(zhì)創(chuàng)新人才，為行業(yè)發(fā)展注入了活力。
應(yīng)用前景：
在臨床診斷與醫(yī)療健康領(lǐng)域，高靈敏生物傳感器有望用于癌癥等重大疾病的早期診斷，提升診療效果；其快速檢測能力在未來突發(fā)公共衛(wèi)生事件的監(jiān)測預(yù)警中將發(fā)揮關(guān)鍵作用。
在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，可廣泛應(yīng)用于水、土、氣中污染物的實時、痕量監(jiān)測，為環(huán)境治理提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支持。
在食品安全領(lǐng)域，可作為快速檢測工具，應(yīng)用于從農(nóng)田到餐桌的全鏈條質(zhì)量控制，保障國民“舌尖上的安全”。
