科研训练项目摘要
核酸识体电化学生物传感方法学与信号放大新技术研究
申请人：蔡娜、陈成、付佳佳、王建平、朱昀、蔡晴、乔营、龙昊旭
指导老师：俞汝勤 蒋建晖
核酸识体是单链寡核苷酸分子，在一定条件下可折叠成特定的三维结构。这种三维结构在核酸识体与目标物的专一性识别作用中起着关键的作用。而且，核酸识体在识别目标物时也通常伴随着高级构象的变化。与丰富的标记化学相结合，核酸识体分子识别的构象互变现象为化学生物传感方法的设计提供了新的思路。本项目拟以核酸识体构象互变性质为基础，系统发展核酸识体电化学生物传感新原理、新方法及其信号放大技术。同时，探索结合纳米生物技术，建立纳米生物传感界面构建方法与纳米信号放大探针技术，发展基于核酸识体的原位、快速、高灵敏度、高特异性的新型生物传感技术与器件，探索核酸识体生物传感方法学与技术方面的基础性问题，为高性能核酸识体生物传感技术与器件的研究提供理论与技术依据。
多维纳米复合材料增敏生物传感研究
申请人：丁玎、孙广爱、孙翔宇、张煜
指导老师：姚守拙 郭慢丽
本项目“多维纳米复合材料增敏生物传感研究”拟开展以下几种新型的基于纳米复合材料的生物、化学传感器的基础研究：（1）研制基于环境友好的室温离子液体和微纳技术相结合的化学生物传感器，用于DNA、蛋白质等生物大分子的传感检测及其与药物相互作用的机理研究；（2）用新型无标记纳米化学传感技术，结合应用体声波压电阻抗、电化学阻抗等技术，实现核酸、糖蛋白、中药活性成分等的传感检测；（3）优化组合基于碳纳米管的双纳复合基质和其它纳米材料的化学生物传感技术，用于细胞的直接电化学、电化学催化与生物传感检测，优化立体纳米结构、增大负载量、改善生物相容性、提高传感性能。
金属卟啉的合成及其仿生催化机制研究
申请人：马诚
指导老师：郭灿城
金属卟啉模拟血红素活化分子氧的研究已经导致了碳氢化合物仿生催化氧化工艺的形成。本项目将结合本实验室前期工作，进一步探讨金属卟啉仿生催化空气氧化碳氢化合物的反应特征和作用机制。本项目涉及的科学问题有：仿生催化剂结构与催化活性之间的相互关系及影响因素；催化过程中仿生催化剂活性结构与非活性结构的可逆转化条件与规律；仿生催化剂的催化过程与自氧化过程的竞争及控制；低成本仿生催化剂的筛选与合成方法；仿生催化烃类空气氧化反应规律及产物选择性控制；仿生催化烃类空气氧化过程中生物循环与化学循环耦联的条件与调控。
中药活性成份提制分析及其提取物与生物大分子相互作用研究
申请人：刘翊萱、梁好、贾晓萍、夏雅淋、唐甜
指导老师：王玉枝
藜蒿、马齿苋和葛根等是湖南特色乃至全国非常重要的中草药资源。本项目利用液相色谱—光谱联用技术通过比较中草药粗提物的指纹图谱对藜蒿、马齿苋和葛根等中的生物活性物质进行筛选并建立质量标准；研究采用超声助提取、微波辅助提取、酶提取法等对其中的有效成分进行充分提取，并利用离心法和膜分离法等进行分离与提纯；应用光谱法和电化学等方法研究藜蒿中的挥发油、马齿苋中的生物碱以及葛根中的葛根异黄酮等有效成分与DNA之间相互作用的机理，为寻找有效的治疗药物提供基础理论依据。
形态可调的团簇自组装功能分子的设计与合成
申请人：沈芳、鲍乐、宋建坤、刁航
指导老师：安德烈
设计并成功地合成出形态多样的p共轭系多CH3S功能基化合物。系统地考察这些物质在团簇的组装与拆卸、形态和尺度控制、光/电响应和电荷传输以及分子识别中的行为，揭示出这些化合物的结构与团簇组装性能之间的内在关系，获得一些具有良好组装效果尤其是能够控制团簇形态或控制团簇尺度的有用的功能分子。
金属/反相微乳液反应体系的构建及其界面电化学行为研究
申请人：安静、李丹、邹贺
指导老师：周海晖
本项目提出并构建金属/反相微乳液电化学反应体系，并就其界面电化学行为进行研究。主要研究内容如下：（1）通过设计和优化反相微乳液体系配方，大幅提高反相微乳液的导电性能，研制出适合于电化学反应的单一均相W/O型微乳液；（2）采用电化学阻抗谱、循环伏安等研究金属/反相微乳液体系的界面结构、液相传质过程及界面电化学反应规律，阐明金属/反相微乳液界面的电化学反应机理；（3）采用金属/反相微乳液体系制备纳米金属镀层，研究镀层的结构，探讨镀层的电化学催化特性。本项目提出的金属/反相微乳液电化学反应界面对于设计新的电化学体系、探索新的电极过程具有重要的理论意义，对研究和发展新的纳米材料制备技术具有重要的参考价值。
基于离子液体微乳液构建的电化学反应体系的电极过程研究
申请人：刘美、杜娜娜、纪珊珊、尹一凡
指导老师：旷亚非
离子液体微乳液是胶体与界面化学领域一个崭新的研究方向。本项目首次提出构建电极/离子液体微乳液新型电化学体系，并就其界面结构与电极过程展开研究。拟合成N、N’-二烷基咪唑类系列离子液体及相应的微乳液，采用波谱技术、电化学方法和现代表面分析技术研究其微观结构和物理化学特性。以W/IL、O/IL及相应的双连续相离子液体微乳液与电子导体相构成电极系统，采用电化学阻抗谱、循环伏安、电化学扫描探针显微镜、电化学石英晶体微天平等技术对电极/离子液体微乳液的界面结构、液相传质、电子交换和化学转化等过程进行研究探讨，以阐明这种电极/复杂液相界面电化学反应的动力学规律。同时对电极/离子液体微乳液界面的金属离子电沉积过程和电化学生物传感性能进行研究，以开发出新的电化学反应体系。本项目开辟了一个全新的电化学研究领域，为理论电化学和应用电化学增添了新的研究内容，有着较为重要的理论研究意义和潜在的应用研究价值。
橙皮苷和柚皮苷的化学或酶法转化、药用黄酮类半合成与生物活性研究
申请人：罗茗
指导老师：汪 秋 安
本项目将橙皮苷和柚皮苷通过二甲基二氧丙烷(DMDO)氧化等新的有机反应方法和酶法转化半合成橙皮素、柚皮素、木犀草素、芹菜素、槲皮素、山萘酚等天然药用黄酮类和橙皮素-7-O-葡萄糖苷、柚皮素-7-O-葡萄糖苷以及鼠李糖等产物，摸索最佳工艺条件，为工业生产奠定基础。通过相转移催化和离子液体中的酶催化等反应，半合成一系列生物活性黄酮类的半乳糖苷、鼠李糖苷、乳糖苷和麦芽糖苷以及对糖基用棕榈酸、阿魏酸、没食子酸等进行选择性酰化的黄酮苷糖酯。并合成一系列功能化修饰的黄酮磷酸酯、哌嗪基、异戊烯基、法呢烯基、茄呢烯基的衍生物。对所合成的产物在3~5个国际标准模型中进行生物活性筛选。并用荧光光谱、紫外光谱和质谱等方法研究部分生物活性黄酮类化合物与人血清蛋白、溶菌酶等生物大分子的相互作用及作用机理，揭示黄酮类分子生物活性的本质，为黄酮类药物分子的开发设计奠定理论基础和提供参考依据。
张量校正方法用于食品中农残量的定量分析
申请人：李全、王佩珊、李慧博、王茗、彭鹤鸣、王明伦
指导老师：吴 海 龙
农药的发明和使用大大的提高了农牧业的发展，但是大量的使用带来的农药残量对人类健康和自然界造成的负面影响也渐渐显露出来，因此农药残留分析对于茶叶、蔬菜的无公害生产具有重要的理论意义和实用价值。当前农药的分析工作，已从各个农药的单独分析发展到多种农药的同时分析，但在检测多组分混合体系时，由于各个组分分析信号的干扰和重叠，往往得不到理想的分离分析结果。本项目把化学计量学中的张量校正方法与现代分析仪器相结合，应用于实际农产品中农药残量的监控，充分利用张量校正方法的二阶优势，实现即使在复杂背景信号及干扰的共存下，也能对感兴趣的多组分农残物进行同时定量分析。
极稀反应体系中新型多孔纳米材料的结构自组装
申请人：郝辰春、王俊、刘春晓、孟周钧
指导老师：蔡炳新 詹拥共
在氧化硅纳米笼的合成基础上，本实验室合成了一系列的新型过渡金属氧化物介孔纳米晶。其中典型的是氧化铁介孔纳米单晶的合成与四氧化三锰介孔纳米单晶的合成。高分子纳米结构材料，在分离科学、涂料工业、微电子器件、药物控释以及生物体分子识别功能研究等方面具有重要理论意义和广阔应用前景。这一领域最重要的进展之一是在制备中成功地利用分子在一定条件下，通过弱相互作用自发形成纳米有序结构，进而运用化学处理，得到各种“永久”高分子纳米结构材料。基于前期研究成果，我们运用特定合成理念，对其他过渡金属氧化物介孔纳米晶的合成进行了探索，研究结果表明，在氧化铜、氧化钛以及氧化铅等材料的合成中亦有很好的结果。
稀土功能材料的设计与制备
申请人：夏龙、章默涵、韦懿、卢辉、王博古
指导老师：郭栋才
本小组课题拟制备以铝酸盐为基质、稀土离子（Eu2+）为主激活离子及掺杂一定量辅助激活离子（Dy3+，Nd3+等)的新型高效的发绿色光的长余辉材料。我们拟采用先进行大量的文献调研总结现已制备的发光粉种类、性质及在实际生产和生活中的应用情况；了解其制备的方法和试验操作的基本情况以及实际操作过程种存在的问题、注意事项等。再根据自身的试验条件拟定出新的铝酸盐发光粉合成路线，再对其粉体结构及相关性能（激发、发射、余辉、稳定性及热释性能等）进行测试、分析。合成稀土离子激活的铝酸盐余辉材料粉体的方法有多种如：高温烧结法、溶胶-凝胶法、化学沉淀法、水热合成法、燃烧合成法、微波法和电弧法等。我们根据实验室现有条件拟采用以高温烧结法为主、溶胶-凝胶法、化学沉淀法、水热合成法和燃烧合成法为辅等手段制备铝酸盐为基质的稀土长余辉发光粉。
离子液体在纳米材料合成中的应用
申请人：刘冠男、郭欢、李辰、范国亮
指导老师：晁自胜
合成具有纳米尺度的钛基材料，包括含钛的介孔材料的合成；合成MFI结构的沸石分子筛，包括ZSM-5和TS-1。通过选择不同阴阳离子组合的离子液体，采用溶胶－凝胶法合成钛基纳米材料；以离子液体为模板剂和溶剂，在沸石分子筛前驱体溶液的共同作用下，合成ZSM-5和TS-1，再采用相应的探针反应进行反应性能的测试。
多种金属纳米结构的一种绿色合成技术研究及机理探索
申请人：刘金飞、颜峰、王晓东、黄旺勇
指导老师：赵敬哲
纳米金属作为纳米材料的一个分支，在现代国防、高科技领域及民用事业中充当着重要的角色。金属超微粒子用作火箭固体燃料推进剂的高效助燃剂，可大幅度提高燃料的燃烧热和燃烧效率，改善燃烧的稳定性，又可降低排污；用其配制吸波涂料和结构吸波材料，可显著改善飞机、坦克、舰船、导弹、鱼雷等武器装备的隐身性能,，还可用于手机辐射屏蔽材料；可作为汽车尾气的净化催化剂，润滑油的添加剂；附着于棉织物上具有杀菌作用，添加到纤维中，制成阻燃、抗菌、抗静电、除臭纤维等等。其特殊的光、电、力、磁性质已越来越引起科技工作者的兴趣，开发此系列材料的绿色合成工艺具有重要的基础研究意义和现实意义。本课题选取的研究对象以过渡金属为主，如Cu、Co、Bi等，采用液相还原工艺实现低维纳米金属粉体的成功制备。研究过程中，拟选择绿色还原剂水合肼，绿色反应介质水，完成多种金属普适的绿色合成技术设计，并原位实现纳米结构的表面功能化。其间，对决定纳米材料结构与性能的系列影响因素进行考察，探讨形成机理。
含铋新型纳米光催化材料的制备、表征及其光催化性能的研究
申请人：黄腾飞、李贵生、李文华、肖竞、夏凯
指导老师：尹双凤
铋（Bi）是唯一兼具相对价廉、低毒和无放射性等特性的“绿色”重金属元素，其主要的氧化态为Bi3＋。铋化合物在催化等领域已经得到了一定应用。近十年的研究显示，铋元素在光催化领域中的研究颇受关注，例如钨酸铋、钒酸铋、钛酸铋等材料在可见光照射下对有机物光降解和水分解制氢反应具有较好的催化效果。这种良好的催化性能与Bi3＋的电子结构紧密相关。Bi3＋的6s轨道上的孤对电子可以参与成键，从而显著提高含铋半导体光催化剂的性能。可是，这些研究刚刚起步，所报导的光催化剂的性能离应用化水平尚存在较大差距。本课题将在这些前期工作基础之上，通过改变催化剂的组成，优化催化剂的制备方法和条件，进一步提高催化剂的性能；另外，通过系统深入的分析表征，深入探讨催化剂的构效关系和其中的催化反应机理以及拓展这些新型光催化材料的应用。
智能浸润性纳米界面材料的研究
申请人：吴振坤、吴波、向楠、吕俊强、李智杰、张平
指导教师：徐伟箭
本课题源自于对自然界荷叶等生物表面的模仿，将有机功能性嵌段聚合物修饰到无机纳米二氧化硅表面，旨在构造智能浸润性纳米界面材料。其集仿生、纳米自组装技术、表面化学及新材料科学于一身，是二十一世纪重要的、具有发展潜力的研究领域之一。研究的目的在于以一种简单的方法来构筑响应性超疏水表面，可以创造新型智能材料和器件，在人类生活和环境净化等诸多领域都有着十分重要的应用前景。这种认识自然、模仿自然、超越自然的有机结合，不仅为科学技术创新提供了新思路，也对解决技术难题提供了帮助，具有重要的理论意义和应用价值。智能仿生材料的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业等方面产生深远的影响，本研究想通过自身的努力，为智能仿生材料的研究和发展出一份力。
手性金属卟啉的合成及其在不对称催化中的应用研究
申请人：李新超、刘靖
指导教师：江国防
通过近三十年的研究，一系列高效不对称催化反应（如不对称环氧化、不对称氢化,羟基化,氧化反应,羰基加成,Michael加成等）已被化学家们所发现，它们中的许多反应已应用到工业化生产中。基于金属卟啉的仿生催化技术受到国内外广大化学以及相关领域的工作者的重视，目前在非手性领域的仿生催化氧化技术获得了工业化应用。手性金属卟啉在以下领域获得了较好的应用：手性催化剂、卟啉诱导圆二色性研究、手性分子识别、超分子自组装等。为了研究手性金属卟啉在催化空气不对称氧化碳氢化合物中的应用，本项目拟设计合成一系列高效高选择性的手性金属卟啉并研究其在不对称催化氧化碳氢化合物中的应用。
廉价安全的室温相变储能材料设计
申请人：朱建、王成、伍智林、杨洋
指导老师：曾德文
本项目在对现有的热力学模型进行筛选基础上，进一步修正BET模型，同时着手开发新的热力学模型，以期用于室温相变储能材料的设计；据模型筛选和修正的研究结果，编写参数拟合和相图预测的计算机程序；对相关体系进行等压实验，为参数的拟合提供必要的基础数据；根据理论预测的结果，找出共晶点在15～25℃的储能材料，并有针对性地进行实验测试，找到一批目前未见世界上任何文献报道、具有我国自主知识产权的室温相变储能新材料。
胶体纳米粒子的可控自组装
申请人：唐雷鸣、王维钰、刘源、许斐
指导老师：胡家文
本项目“胶体纳米粒子的可控自组装”，包括纳米粒子的合成、纳米粒子的组装以及纳米粒子和纳米粒子组装体的性质特别是光学性质研究，旨在寻找新的可实现纳米粒子可控自组装的方法，以充分利用纳米粒子的优异性能，制备出性能可调控的纳米粒子组装体，使之适用于有关应用方面的需要。
用于环境毒性重金属离子检测的荧光化学传感器的研究
申请人：张晶、刘晓洁、米阳、卢丹青、闫静婧、葛蓝
指导老师：张晓兵
本项目的科学研究内容如下：对环境污染物的监测方法的研究已成为当今整个化学领域的一大热门。在各种环境有毒物质中，重金属离子（尤是汞、铅、铬等离子）由于其对生命物质及整个水系的生态平衡的不可逆破坏（即使痕量存在）而尤为引人关注。关于该领域的研究已吸引了许多有机化学及分析化学家浓厚的兴趣，其中荧光化学传感器由于其高灵敏性，无需参比，不受电场、磁场的影响、易于通过光纤实现远程实时、在线自动监测而极为引人注目。本项目将本人参与瑞典人工光合作用联合课题组有机合成小组所掌握的新技术与本实验室在化学传感技术研究领域的优秀研究成果进行杂交，利用人工光合作用模型的光敏剂作为荧光超分子受体的荧光基团，借鉴人工光合作用模型的设计思路并结合分子模拟技术设计并合成荧光超分子受体，利用重金属离子可高选择性、高灵敏性的调控荧光超分子受体的光致电子转移反应而实现重金属离子浓度—荧光强度之间的信号转换，从而实现高选择性、高灵敏性识别有毒重金属离子。通过将生物有机化学、超分子化学和化学传感技术有机的结合，本项目可望在重金属离子荧光传感器的研制方面取得新的突破进展，克服传统的荧光化学传感器的选择性不好及环境背景荧光干扰较大的缺点，对复杂环境体系的各种金属离子毒物实现真正意义的实时、在线、高选择性的分析。