《Journal of Chemical Education》報(bào)道南京大學(xué)“科研融合型”儀器分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目研究成果：納米孔道電化學(xué)技術(shù)測量單個(gè)生物分子在教學(xué)中的應(yīng)用
納米孔道電化學(xué)是一種非標(biāo)記、高通量、高分辨的單分子分析方法。生物納米孔道通過構(gòu)建與單個(gè)分子尺寸相匹配的單個(gè)蛋白質(zhì)分子界面，電化學(xué)限域捕獲單個(gè)分子。由于空間占位效應(yīng)以及單個(gè)分子與孔道之間的相互作用，導(dǎo)致納米孔道限域空間內(nèi)離子流量發(fā)生改變，通過解析產(chǎn)生的皮安培(pA)級瞬態(tài)離子電流信號，從而獲取分子個(gè)體的種類、結(jié)構(gòu)、動態(tài)行為等信息，現(xiàn)已在科學(xué)研究、基因檢測中得到廣泛應(yīng)用。
將發(fā)展迅速、具有重大推廣前景的前沿科學(xué)技術(shù)及時(shí)介紹給本科學(xué)生、轉(zhuǎn)化為本科教學(xué)內(nèi)容，保持課程內(nèi)容先進(jìn)性是化學(xué)化工學(xué)院“儀器分析實(shí)驗(yàn)”課程建設(shè)的一項(xiàng)重要任務(wù)?；瘜W(xué)化工學(xué)院龍億濤團(tuán)隊(duì)努力實(shí)踐，遵照對教育工作者提出的“以本為本，四個(gè)回歸”的要求，應(yīng)佚倫教授、胡正利博士等團(tuán)隊(duì)成員結(jié)合團(tuán)隊(duì)在納米孔道單分子測量方面所取得的國際先進(jìn)成果，積極加入到南京大學(xué)設(shè)立的“科研融合型”高階綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程教改項(xiàng)目研究中。在化學(xué)國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心張劍榮教授的指導(dǎo)下，和余曉冬副教授、孔璇鳳老師緊密合作，依托南京大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，通過構(gòu)建高穩(wěn)定性生物納米孔道、發(fā)展高抗干擾能力的微弱電流檢測裝置、建立高重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)出一套在本科化學(xué)實(shí)驗(yàn)室可進(jìn)行單分子分析的實(shí)驗(yàn)裝置和原理方法，使得本科學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂上通過離子流差異性測量即能從混合樣品中對具有一個(gè)堿基差異的poly(dA)4和poly(dA)5分子進(jìn)行逐一識別。?
圖1：納米孔道單分子電化學(xué)測量原理與主要實(shí)驗(yàn)步驟
??? “儀器分析實(shí)驗(yàn)”是化學(xué)類專業(yè)的核心平臺課程，也是南京大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為生物、環(huán)化、地學(xué)及匡亞明基礎(chǔ)學(xué)院等本科學(xué)生開設(shè)的基礎(chǔ)課之一，包含有基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)兩類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。它的基本任務(wù)是通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的動手、觀察、思考、交流以及團(tuán)隊(duì)合作能力。龍億濤團(tuán)隊(duì)基于前沿科研成果，將化學(xué)、生物、信息等知識交叉融合，以興趣為導(dǎo)向，引導(dǎo)并鼓勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)、靈活思考、打破常規(guī)科研視角，激發(fā)科研潛能，學(xué)生通過自己設(shè)計(jì)和自主實(shí)驗(yàn)，從不同角度建立基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)研究之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)與前沿研究并軌。課程把“教、學(xué)、行、思、辯“的教學(xué)方法應(yīng)用于學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的科研興趣、知識應(yīng)用能力和解決問題能力，為學(xué)生今后的科研學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)；在自主設(shè)計(jì)儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)與改革方面，對創(chuàng)新型復(fù)合人才培養(yǎng)邁出重要一步。
圖2：納米孔道單分子實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)與課堂討論
該課程項(xiàng)目獲得了南京大學(xué)“科研融合型”高階實(shí)驗(yàn)課程培育項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助，相關(guān)教學(xué)成果以“A Course of Hands-on Nanopore Experiments for Undergraduates: Single-Molecule Detection with Portable Electrochemical Instruments”為題，近期發(fā)表在美國化學(xué)會化學(xué)教育雜志《Journal of Chemical Education》上(J. Chem. Educ. 2020, DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c00389)。
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全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jchemed.0c00389
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