英文原题：Dendrimer-Au nanoparticle Network Covered Alumina Membrane for Ion Rectification and Enhanced Bioanalysis

通讯作者： 王琛(中国药科大学)；夏兴华(南京大学)；李巨(麻省理工学院, MIT）

作者：Chen Wang（王琛）, Xiao-Ping Zhao（赵小平）, Fei-Fei Liu（刘菲菲）, Yuming Chen（陈育明）, Xing-Hua Xia（夏兴华）, Ju Li（李巨）

纳米通道器件具有纳米多孔结构和易于修饰的表/界面，在DNA测序、单分子传感、能源储存与转换、电压门控离子通道等方面显示出了巨大的应用前景。当纳米通道的孔径结构、表面电荷分布和体相电解质浓度等具有不对称性时，会产生一种类似于二极管的单向离子传输特性，称为离子电流整流（Ionic current rectification, ICR）。影响离子电流整流性质的关键因素是表面电荷分布和通道结构的不对称性。因此，利用生物分子识别前后纳米器件ICR性质的变化，可实现生物分子识别的原位实时动态监测；而分析检测的灵敏度和特异性，则主要依赖于整流器件的ICR特性和表面性质。

近日，中国药科大学王琛博士、南京大学夏兴华教授，麻省理工学院李巨教授课题组共同合作，设计并制备出一种金纳米网络结构/氧化铝复合离子整流器件。该整流器件通过化学偶联技术将高聚物和金纳米粒子在氧化铝阵列纳米通道膜表面进行原位生长和有序排列（图1），使其在几何结构和表面电荷分布上均具有显著的不对称性，因而具有良好的离子整流性质（图2）。在研究中，作者首先对所制备的离子整流器件的离子选择性进行了研究。通过不同电荷的小分子探针在电场驱动下能否通过复合器件，验证了该离子整流器件具有阴离子选择性传输功能；继而探讨了不同金纳米粒子浓度、氧化铝膜的厚度和通道尺寸、体系pH值以及电解质浓度和价态等因素对复合器件ICR性质的影响，深入阐述了其离子整流产生的机理和调控机制。

图1. 金纳米网络结构/氧化铝复合离子整流器件的制备及表征

图2. 金纳米网络结构/氧化铝复合离子整流器件的物质传输性质及机理研究

在以上研究基础上，作者将该整流器件用于循环肿瘤细胞的高灵敏识别捕获和检测中（图3）。实验首先将可以特异性识别目标细胞的适配体探针修饰固定在金纳米网络结构上，利用纳流控系统的流体操控性能将生物样品进行传输和精确定位；基于分子识别原理进行目标细胞的特异性捕获；利用复合器件的ICR性质在细胞捕获前后的显著变化，实现目标细胞的高灵敏检测；最后在裂解酶的存在下，被捕获细胞得以高活性释放，从而用于后续的下游研究中。

图3. 金纳米网络结构/氧化铝复合离子整流器件用于循环肿瘤细胞的高灵敏捕获、检测和释放

该复合离子整流器件不仅具有优异的离子电流整流性质，还可利用金纳米网络结构的高比表面积、良好的生物相容性以及表面易于固定修饰的Au-S官能团，实现生物分子/细胞的高灵敏识别捕获和原位动态分析。研究成果为纳流控系统在高灵敏生物分析中的应用提供了一种新思路。

这一成果近期发表在Nano Letters 上，中国药科大学王琛博士为文章的第一/通讯作者，南京大学夏兴华教授、麻省理工学院李巨教授为文章的通讯作者。

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Dendrimer-Au Nanoparticle Network Covered Alumina Membrane for Ion Rectification and Enhanced Bioanalysis

Chen Wang*, Xiao-Ping Zhao, Fei-Fei Liu, Yuming Chen, Xing-Hua Xia*, Ju Li*

Nano Lett., 2020, DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b05066

Publication Date: Feb 24, 2020

Copyright © 2020 American Chemical Society

导师介绍

王琛

https://www.x-mol.com/university/faculty/48468

夏兴华

https://www.x-mol.com/university/faculty/11579

（本稿件来自ACS Publications）