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10元可提现的电玩城林振宇教授课题组近期研究工作概览
日期:2023-12-13 阅读次数: 作者: 来源:

林振宇教授,食品安全与生物分析教育部(福州大学)重点实验室主任,博士生导师。1998年毕业于北京理工大学化工与材料学院高分子材料与工程专业,2007年在福州大学获得分析化学博士学位。2007.10-2009.3在日本东北大学环境科学专业从事博士后研究。国家优秀青年基金(2012)及福建省五四青年奖章(2014)获得者,教育部新世纪优秀人才(2012)和福建省科技创新领军人才(2017)。主要从事疾病标志物的精准分析、食品加工与安全评价与相关产品转化的研究工作。自2009年参加工作开始以项目负责人身份承担国家自然科学基金8项,省部级项目8项。以第一发明人获授权国家发明专利14个,主持开发产品转化2项,已在国内外重要刊物上发表论文二百多篇,包括Nat. Commun., Adv. Sci., Angew. Chem. Int. Ed, Chem. Sci., Nano Today, Anal. Chem.等知名刊物。曾获全国百篇优秀博士学位论文提名奖、福建青年科技奖和福建运盛青年科技奖等奖项。2010年获福建省科技进步三等奖(第1),2015年获福建省自然科学一等奖(第5),2019年获福建省科技进步一等奖(第1),2020年获湖北省技术发明奖二等奖(第4),2021年福建省科技进步三等奖(第1)。任Global Translational Medicine 副主编,《高等学校化学学报》及Chemical Research in Chinese Universities 青年执行编委。

林振宇教授课题组

随着人民生活水平从小康向富裕过渡以及健康意识的增强,人们更加追求生活质量、关注健康安全。其中包括两个重要方面,一是吃得健康,二是疾病的预防。为了防止病从口入,需要保证食品安全;为了加强资源匮乏地区的疾病的诊察,需要开发便携式的诊断技术;同时为了实现对微量污染物以及疾病标志物的检测,需要开发高灵敏、高选择性的检测新方法。林振宇教授课题组在这两方面开展了相关的研究工作:针对家庭和资源匮乏地区的需求,结合免疫分析以及功能核酸的高选择性,以肉眼为读出装置,开发了多色比色传感分析检测平台;针对传统的分析检测需要复杂样品前处理的缺陷,结合表面增强拉曼光谱(SERS)的特性,构建了高灵敏SERS传感分析体系,实验对样品的快速分析。针对痕量疾病标志物以及污染物的检测需求,结合功能核酸的低成本、高选择性和电致化学发光(ECL)的高灵敏度,构建了高选择性、高灵敏度的检测平台。

(一)以肉眼为读出装置的快速分析检测平台的构建及应用

结合免疫分析技术以及适配体技术的高选择性,利用金纳米材料形貌变化引起的颜色变化,该课题组构建了以肉眼为读出装置定量(或半定量)分析平台,满足家庭或资源匮乏地区的分析检测需求。相关工作获得了2019年获福建省科技进步一等奖。

纳米金材料的形貌变化可以引发视觉变化,据此构建了多种颜色变化的比色传感体系,并应用于食品污染物、疾病标志物的快速分析检测。主要内容如下:(1)针对传统纳米金球显色的灵敏度不足,稳定性差的问题,研究了纳米金球的非对称修饰方法,首次构建了基于非对称修饰纳米金球的双色可视化传感器,与传统的纳米金比色分析相比,检测灵敏度提高104倍;线性范围增加两个数量级;传感稳定性由1小时提高到48小时;成功应用于微囊藻毒素MC-LR以及赭曲霉毒素A(OTA)等的分析(Anal. Chem., 2016, 88, 3227-3234);(2)创制了尺寸均一性良好的金纳米棒的宏量制备方法;首次发现传统ELISA检测试剂盒中显色底物TMB2+可以快速刻蚀金纳米棒,同时详细探讨了相关的机理。利用金纳米棒长径比发生变化而使溶液颜色发生变化的特性(多达12种颜色),构建了多色比色显色体系,实现了传统ELISA检测从单色到多色可视化检测的一步转化,实现肉眼定量(或半定量)可视化分析。成功应用于海鲜新鲜度、白酒中塑化剂等的分析检测(Biosens. Bioelectron., 2017, 87, 122-128; Sens. Actuators B Chem., 2017, 252, 201-208; Food Chem., 2022, 381, 132278);(3)金纳米双锥尖端的变化更加溶液引起长径比的变化,该课题组首次构建了以金纳米双锥为显色底物的多色可视化传感器,研究成果应用于流感病毒H5N1的检测分析,检测灵敏度比采用金纳米棒提高3个数量级(Anal. Chem., 2017, 89, 1617–1623; Anal. Chem., 2023, 95, 4, 2390–2397)。部分研究成果已经产业化,同时用于新冠抗体/抗原检测试剂盒的开发。

(二)基于表面增强拉曼散射(SERS)技术的无损快速高灵敏分析方法的构建及应用

 该课题组针对农产品/食品品质问题的快速无损检测的需求,利用贵金属纳米粒子独特的光学特性—局域表面等离子体共振效应(LSPR)。基于不同形状纳米粒子具备不同强度的LSPR效应,构建了以不同形貌的金纳米粒子为SERS增强粒子的SERS传感器,用于对液体或固体样品的快速分析。代表性工作如下:(1)构建了金纳米球-胶带SERS传感器用于农产品表面农药残留物的检测。通过滴涂干燥法制备金纳米球-胶带SERS传感器,具备良好的SERS 活性以及“粘性”,可以对农产品表面进行简单快速取样并检测,实现了对青菜、黄瓜、橙子和苹果表皮上不同农药残留物(如甲基对硫磷、福美双和毒死蜱)的定性和定量分析;为了提升SERS检测的灵敏度,实现定量检测,利用粒子间隔距离可以产生“热点”,提升LSPR强度这一特性,首次构建了一种基于“核-卫星”结构和核酸外切酶辅助双重放大的SERS传感器并用于红酒中OTA的定量检测。(2)将金纳米棒能够形成更强的局域电磁场的特点与具备优异的柔韧性和高吸水性的海绵相结合,首次构建了一种金纳米棒-海藻酸钙海绵SERS传感器,用于液体污染物的快速吸附检测。(3)金纳米双锥两端曲率半径更。芾渍胄вΥ蠓忍嵘肆W拥腖SPR强度,该课题组首次构建了金纳米双锥-多孔阳极氧化铝(AAO)SERS传感器,传感器制作简便、速度快,利用该传感器可在1 分钟内实现对花生中AFB1的快速定量检测(ACS Appl. Nano Mater., 2021, 4, 10287–10295; Anal. Chim. Acta, 2020, 1110, 56-63; Microchim. Acta, 2019, 186, 64)。

 目前大多SERS分析技术是针对液体或固体样品,其在气态样品分析中的应用一直是一个挑战,主要原因是由于痕量气体分子的低丰度、高流速和基质干扰多,高效富集成为气体检测的关键问题。该课题组在此方面也开展了相关的研究工作。金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks, MOFs)材料具有比表面积大,易于吸附气体等特点,近年来受到广泛的关注。该课题组首先对如何制备高吸附性能的MOFs材料进行深入的研究。在详细研究MOF材料的孔道以及厚度等对气体吸附的基础上,进一步将MOF材料应用于SERS分析方法的构建,利用ZIF-8包裹Au NBPs构建了以核壳材料Au NBPs@ZIF-8为基底的SERS传感器用于食品新鲜度指标H2S气体的分析。通过调控Au NBPs表面的ZIF-8壳层的厚度,可以实现更多的气体分子穿过孔道,并抵达内部Au NBPs表面。利用该技术,可以实现对海鲜新鲜度的原位快速分析测试(ACS Sens., 2020, 5, 3964-3970; ACS Sens. 2019, 4, 1844–1850)。

(三)高灵敏电化学发光传感界面的构建及其应用

 一些痕量疾病标志物以及污染物的含量非常低,需要采用高灵敏的检测方法才能实现分析检测。电化学发光(ECL)检测具有仪器简便、灵敏度高、易于操控等特性,该课题组在此方面开展了相关的研究工作。主要的研究进展如下:

1. 基于功能核酸的ECL传感界面的构建与应用

功能核酸具有高稳定性、易于合成和修饰等特点,而且对其目标物具有很好的专一性和选择性,被广泛应用于电化学、荧光等传感器。该课题组率先将功能核酸引入到ECL传感器的构建中,首次构建了一种基于DNAzyme的ECL传感器,并应用于重金属离子铅的检测;为了提高ECL检测的灵敏度,将Ru(bpy)32+掺杂进SiO2纳米颗粒中制备了一种ECL发光微球(Ru@SiO2),结合T-Hg2+-T结构以及适配体的高选择性,实现对汞离子、ATP以及凝血酶等的高灵敏检测。前述的基于功能核酸的ECL传感器需要将发光试剂标记在DNA链上,步骤复杂。为解决该问题,利用发光物质Ru(phen)32+可以嵌入到dsDNA的特性,结合超分支滚环扩增(HRCA)可以产生大量dsDNA的特点,构建了高灵敏的免修饰ECL传感器,实现对食品污染物赭曲霉毒素A(OTA)以及疾病标志物如CEA、表皮生长因子等的免修饰、高灵敏的检测(Chem. Commun., 2009, 6050–6052 ; Chem. Commun., 2010, 46, 3149-3151; Chem. Commun., 2010, 46, 5563-5565)。

2. 均相免修饰电化学发光传感界面的构建及应用

传统的电化学发光传感器大多将DNA固定与电极表面,电极的打磨、清洗、活化耗时且操作繁琐,重现性不高。此外,核酸探针与目标物的作用发生在电极与溶液的固液异相界面上,使得空间位阻作用增强、作用效率降低,延长了检测时间。这些不足在一定程度上限制了传感器的实际分析应用。不同长度的DNA带有不同量的负电荷,同带有负电荷的ITO电极间具有不同大小的静电排斥的特性,带有短链的DNA的电化学信号探针可以更加容易扩散到电极表面,产生增强的电化学信号,该课题组基于此原理构建了简单的免电极修饰的均相电化学传感器。DNA和目标物的作用是在均相溶液中进行,具有效率高、重现性好等特点,实现对食品污染物(如赭曲霉毒素、三聚氰胺等)和DNA甲基化水平以及特定疾病DNA等的高灵敏分析。随后他们将ECL探针修饰于DNA电极上,利用类似原理,构建了高灵敏、重现性的均相免修饰ECL传感器,应用于食品中OTA以及生物标志物RNase A 的活性、TF NF-κB p50含量的分析检测(Anal. Chem., 2015, 87, 9204-9208; Anal. Chem., 2015, 87, 11826–11831; Biosens. Bioelectron., 2018, 105, 182-187; Trends Anal. Chem., 2023, 159, 116943)。


 针对现有技术对小片段DNA检测灵敏度不足的问题,该课题组研发了一种新型均相电化学生物传感器,实现对动物种源特异性DNA序列的高灵敏检测。检测限低至8.2 fM,在畜产品安全监管上具有潜在的应用前景(Biosens. Bioelectron., 2020, 161:112256)。相关研究成果获得了2020年湖北省技术发明二等奖。

3. 基于热控电极的ECL传感界面的构建及应用

体系的温度不但会改变反应速率,也会影响ECL试剂的发光效率,进而影响ECL的检测性能。传统的ECL传感器大多是通过溶液整体加热的方法来控制反应体系中的温度,操作繁琐且不利于现场检测。热电极具有快速精准的控温能力,实现原位控温分析,该课题组首次将热控电极应用于电化学发光体系,构建了高灵敏的基于热控电极的ECL传感界面。DNA间的相互作用以及功能核酸与目标物之间的作用一般需要调控温度,传统方法也是通过溶液整体加热实现,该课题组首次将热控电极应用于基于功能核酸的ECL传感界面的构建,开发了一系列操作简便、灵敏度高、抗干扰性好的ECL传感器,实现了目标物的高效分析检测。利用热控电极不但可以容易控制DNA杂交和功能核酸与目标物的相互作用温度,而且通过热电极适当提高电极表面的温度,可进一步提升ECL发光性能。开发的基于热控电极的ECL传感器用于重金属Pb2+的分析测定。同时利用热控电极控制DNA杂交以及酶反应所需要的温度,结合信号放大策略,构建了高灵敏的检测双酚A以及OTA等的ECL传感器。

4. 高灵敏光电探测器的开发

针对传统 ECL 检测装置使用光电倍增管作为信号放大器缺乏空间分辨性的缺点,该课题组与福州鑫图光电有限公司及福州英迪格成像技术有限公司在国内率先开发出具有自主知识产权的背照式高灵敏科学成像系统(sCMOS)。不仅打破西方技术垄断,而且成功商业化量产,实现国产替代,取得良好的经济和社会效益。相关成果分别获2010和2021年福建省科技进步三等奖。

导师介绍

林振宇

https://www.x-mol.com/university/faculty/9537


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