朱俊杰教授團(tuán)隊(duì)在單顆粒電化學(xué)成像領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
電子轉(zhuǎn)移過程一直受到眾多領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注，如生物化學(xué)、分子電子學(xué)以與能源材料。其中，研究單分子級別的電子轉(zhuǎn)移對研究生物過程具有重要意義。電化學(xué)檢測方法一直受限于皮安級的檢測限，為了實(shí)現(xiàn)單分子電子轉(zhuǎn)移檢測這一目標(biāo)，需要開發(fā)新型的電化學(xué)檢測方法，以突破現(xiàn)有電化學(xué)方法的檢測極限。朱俊杰教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果“Fermi level-tuned optics of graphene for attocoulomb-scale quantification of electron transfer at single gold nanoparticles ”于8月26日在線發(fā)表于Nature Communications雜志上。
近年來，朱俊杰教授團(tuán)隊(duì)在國家重大科研儀器研制項(xiàng)目的資助下，在研發(fā)高性能時(shí)空分辨單納米顆粒顯微成像技術(shù)中取得了重要進(jìn)展，并在此基礎(chǔ)上建立了一系列生物分析檢測方法。利用等離子體暗場顯微鏡和功能化金包銀納米棒探針，實(shí)現(xiàn)了對單個(gè)腫瘤細(xì)胞完整自噬過程的追蹤（J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1903-1908）；利用基于表面等離子體共振顯微鏡技術(shù)搭建的熱顯微成像平臺(tái)，幫助人們對納米材料的光熱性質(zhì)有了進(jìn)一步了解（ACS Nano 2015, 9, 11574-11581）；研發(fā)的時(shí)空分辨光譜成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞內(nèi)單個(gè)光熱療納米探針的高精準(zhǔn)溫控（Nat. Commun. 2017, 8, 1498）；開發(fā)了共軸雙物鏡等離子顯微成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對單個(gè)miRNA分子的動(dòng)力學(xué)檢測（Nano Lett. 2018, 18, 3759-3765）；研制了電致化學(xué)發(fā)光顯微鏡，實(shí)現(xiàn)了對單個(gè)納米發(fā)射體電化學(xué)性質(zhì)的動(dòng)態(tài)研究（Chem. Sci. 2018, 9, 6167-6175）。
近期，他們基于自主研制的全內(nèi)反射暗場顯微鏡，利用石墨烯可調(diào)的光散射性質(zhì)，打造了一種基于石墨烯的電化學(xué)顯微成像系統(tǒng)（GEM）。如圖1，石墨烯可調(diào)的光散射性質(zhì)來源于其費(fèi)米能級控制的光導(dǎo)率，而費(fèi)米能級會(huì)受到電荷變化的影響。利用這一性質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)對石墨烯表面微小電荷變化的成像分析。在金納米星對信號的進(jìn)一步放大下，GEM成功將電流檢測極限由目前的皮安級大幅降低至埃安級，最終實(shí)現(xiàn)了對金納米星表面單個(gè)分子級別細(xì)胞色素c電子轉(zhuǎn)移過程的動(dòng)態(tài)檢測。我院2018級博士研究生夏青同學(xué)、副研究員陳子軒博士為該工作的第一作者，朱俊杰教授為通訊作者，陳洪淵院士、張劍榮教授對該工作的設(shè)計(jì)和完成進(jìn)行了重要的指導(dǎo)。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委儀器項(xiàng)目和重點(diǎn)項(xiàng)目等課題的支持。
圖：(a) 電解池裝置的制備示意圖。(b)全內(nèi)反射暗場顯微鏡的光路圖。(c)電荷變化引起的石墨烯費(fèi)米能級變化示意圖。(d) 表面吸附有細(xì)胞色素c分子的金納米星的掃描透射電鏡圖，標(biāo)尺為50 nm. (e) 循環(huán)伏安過程中電壓為0.16V時(shí)，多個(gè)單顆粒金納米星電流成像圖，其中被標(biāo)記的顆粒未修飾細(xì)胞色素c。(f)單個(gè)修飾了細(xì)胞色素c的金納米星的完整循環(huán)伏安圖。(g) 圖e中金納米星對應(yīng)的暗場散射成像圖，標(biāo)尺為 5 μm。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-11816-3
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