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化学学报 2022年第2期80卷 159-167页

作者：王小芝陈瑶吴海龙王童杨健付海燕杨小龙李旭富丁玉洁俞汝勤化学生物传感与计量学国家重点实验室湖南大学化学化工学院长沙410082 湖南工业大学生命科学与化学学院株洲412007 中国中医科学院道地药材国家重点实验室培育基地国家中药资源中心北京100700 中南民族大学药学院武汉430074 北京同仁堂平江白术有限公司平江414500

本研究主要采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)等手段测定5个产地白术41种矿质元素含量和土壤41种化学成分指标,结合聚类分析法、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)法和Pearson相关性分析研究了不同产区白术矿质元素特征以及不同产区土壤因... 详细信息

本研究主要采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)等手段测定5个产地白术41种矿质元素含量和土壤41种化学成分指标,结合聚类分析法、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)法和Pearson相关性分析研究了不同产区白术矿质元素特征以及不同产区土壤因子的差异,并对它们的相关性进行了探讨.结果表明,采用无监督的聚类分析和有监督的PLS-DA均能正确判别不同产地的白术和土壤,其中稀土元素在浙江白术与土壤间呈正相关.另外,Li、V、Mn、Co、Cu、Rb、Cd、Cs、Ba等微量元素是白术产地溯源的关键因素.研究发现在白术生产实践中可以通过适量控制种植地的土壤湿度、增施特定肥料等措施调控白术矿质元素含量.本研究将为解释道地白术的品质形成机制,保证白术药效质量的有效性提供一定帮助.

关键词：白术土壤因子矿质元素定量分析产地溯源相关性分析

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金属烯碳纳米囊在SERS中的应用研究进展

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光散射学报 2023年第3期35卷 206-216页

作者：尹志威温贻静石蕊夏昕王昚曹晓旭程玉琦曾佳玉李圣凯陈卓湖南大学化学化工学院化学生物传感与计量学国家重点实验室分子科学与生物医学实验室湖南长沙410082

表面增强拉曼光谱(SERS)技术广泛应用于表面/界面科学、光谱学、生化检测、成像示踪等领域。金属烯碳纳米囊是一类由烯碳壳层包裹金属核组成的核壳纳米颗粒,由于金属烯碳纳米囊具有高SERS灵敏度,在复杂和极端的生化环境下优异的稳定性... 详细信息

表面增强拉曼光谱(SERS)技术广泛应用于表面/界面科学、光谱学、生化检测、成像示踪等领域。金属烯碳纳米囊是一类由烯碳壳层包裹金属核组成的核壳纳米颗粒,由于金属烯碳纳米囊具有高SERS灵敏度,在复杂和极端的生化环境下优异的稳定性和光学性质,因此在生化检测分析和成像示踪等领域备受关注。超薄烯碳壳层固有的化学惰性可以保护金属内核免受光生热电子、活性氧以及酶等外部因素的破坏,从而使金属烯碳纳米囊展现出超稳定的拉曼信号。此外,烯碳壳层的多个拉曼特征峰位(D、G、2D)可作为拉曼信号和内标信号,进一步提高了拉曼定量检测的准确度。值得注意的是2D峰作为拉曼静默区域内的信号峰有利于减少体内生物分子的干扰。本文首先介绍了金属烯碳纳米囊的制备原理和基本性质,概述了基于金属烯碳纳米囊的SERS检测和成像中的应用进展,最后展望了金属烯碳纳米囊在疾病诊疗的前景和潜力。

关键词：表面增强拉曼散射金属烯碳纳米囊 SERS检测与成像超稳定性

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用于丝网印刷光电化学生物传感器的功能纳米材料的最新进展

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物理化学学报 2025年第2期41卷 32-47页

作者：杨美清王路卢浩滋杨耀成刘松湖南文理学院生命与环境科学学院湖南省动物学重点实验室湖南常德415000 湖南大学化学化工学院化学生物传感与计量学国家重点实验室化学生物学与纳米医学研究所长沙410082 中南大学湘雅二医院骨科长沙410011

光电化学(PEC)生物传感器因其低背景、高灵敏度、高特异性和快响应速度等优点而备受关注。近年来,一次性丝网印刷电极(SPE)的引入极大地推动了PEC生物传感器的发展,使丝网印刷PEC生物传感器成为一种应用前景广阔的分析工具。在丝网印刷... 详细信息

光电化学(PEC)生物传感器因其低背景、高灵敏度、高特异性和快响应速度等优点而备受关注。近年来,一次性丝网印刷电极(SPE)的引入极大地推动了PEC生物传感器的发展,使丝网印刷PEC生物传感器成为一种应用前景广阔的分析工具。在丝网印刷PEC生物传感器的构建过程中,光活性纳米材料起着至关重要的作用,因为它们不仅可用作光电转换平台,还可用作生物识别元件的装载平台。然而,单纯的光活性材料通常存在一些缺点,比如固有的毒性、宽带隙、高的电子空穴对重组率等,因此,通过各种设计策略来改善光活性材料的光电特性是十分必要的。为了获得高灵敏度的丝网印刷PEC生物传感器,通常还需要将高性能光电极与各种信号放大策略相结合。鉴于此,我们在本文中首次对用于丝网印刷PEC生物传感器的光活性材料进行了系统总结,并将其归为四大类:金属氧化物、金属硫族化合物、碳纳米材料和铋基纳米材料。同时,我们重点关注了光活性材料的设计策略,例如形态调控、元素掺杂、异质结构建等。此外,我们还通过具有代表性的丝网印刷PEC免疫传感器和丝网印刷PEC适体传感器介绍了一些信号放大策略,如酶标记放大(ELA)策略、聚合酶链反应(PCR)策略、滚环扩增(RCA)策略和杂交链式反应(HCR)策略。最后,我们还讨论了丝网印刷PEC生物传感器目前面临的挑战和前景。我们希望通过本文让读者全面了解丝网印刷PEC生物传感器的最新进展,并为该领域的未来发展提供可行性指导。

关键词：光电化学分析生物传感器丝网印刷电极光活性材料信号放大技术

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解析光电化学氮还原合成氨中局域电子结构和合金化的协同效应

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Chinese Journal of Catalysis 2023年第2期45卷 141-151页

作者：郑建云吕艳红黄爱彬 Bernt Johannessen 曹逊蒋三平王双印湖南大学化学与化工学院化学/生物传感与化学计量国家重点实验室中国湖南长沙410082 湖南第一师范学院物理与化学学院中国湖南长沙410202 中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室中国上海200050 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心中国北京100049 澳大利亚同步辐射光源澳大利亚科廷大学西澳矿业学院澳大利亚

氨是氮肥等工业的主要原料,因此氨产量居各种化工产品的首位.目前,90%以上的氨通过传统Haber-Bosch法制得,但该反应需要在高温高压下进行,消耗大量能源,同时排放大量CO_(2).基于此,科研人员致力于寻求一种绿色、高效的合成氨替代方法.其... 详细信息

氨是氮肥等工业的主要原料,因此氨产量居各种化工产品的首位.目前,90%以上的氨通过传统Haber-Bosch法制得,但该反应需要在高温高压下进行,消耗大量能源,同时排放大量CO_(2).基于此,科研人员致力于寻求一种绿色、高效的合成氨替代方法.其中,利用太阳能,通过光电化学氮还原合成氨是最有潜力和竞争力的方法之一,该方法也为有效利用太阳能提供了新途径.目前,虽然光电化学氮还原研究取得了一定进展,但是氨产率和氮转换效率低限制了其经济可行性.这主要归因于四个方面:(1)牢固的氮氮三键使得氮气难以活化;(2)复杂的多步和多电子反应使得动力学迟缓;(3)析氢竞争反应降低了太阳能-氨的转换效率;(4)氮气在水溶液中的溶解度低导致吸附在光电阴极表面的氮气较少.为解决上述问题,本文通过溅射法在B掺杂的p型(100)晶向硅片上共沉积Au,Co和Pd,然后在600℃下和空气中快速退火,制得由助催化剂/保护层/光吸收层组成的层级硅基光电阴极,并用于氮还原合成氨.成分和结构表征结果表明,层级硅基光电阴极由p型硅光吸收层、二氧化硅保护薄层和AuCoPd合金纳米颗粒助催化剂组成,该电极可表示为AuCoPd-CoOx/SiO_(2)/Si,简称ACP电阴极.角分辨X射线光电子能谱和同步辐射X射线吸收光谱结果表明,形成了局域电子结构AuCoPd合金纳米颗粒,并可分析出Au离子和Pd离子在纳米颗粒上的比例和分布.变压光电化学实验结果表明,ACP光电阴极表现出较好的氮还原合成氨性能,在3 MPa下氨产率达到22.2±0.4μg·h^(-1)·cm^(-2),法拉第效率达到22.9%.同时,ACP光电阴极的光电化学氮还原行为遵循勒夏特列(化学平衡移动)原理:随着反应压强增加,氨产率、法拉第效率和起始光电压均随之增大.原位X射线光电子能谱和原位同步辐射X射线吸收光谱结果表明,Au离子和Pd离子为氮还原反应的活性位点,为氮气活化及加氢提供反应场所;同时,揭示了邻近的Pd元素为Au物种上活化的氮气提供了活性质子,促进了氮还原合成氨反应进程.综上,本文为设计高效且稳定的光电阴极并应用于光电化学氮还原反应提供一定的参考.

关键词：光电化学氮固定电子局域结构合金化加压反应协同机理

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分形等离激元黑金的热电子催化性能

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高等学校化学学报 2020年第7期41卷 1638-1644页

作者：余仁鹏韩梅张梦瑶刘建芳李末霞胡家文湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室湖南省二维材料重点实验室湖南大学化学化工学院长沙410082

借鉴电镀工业中过电流"烧焦"现象,在过电流沉积条件下一步制备出等离激元黑金.扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见-近红外吸收光谱等表征结果显示,该黑金是具有三维分形结构的多晶纳米金,可以在400~1800 n... 详细信息

借鉴电镀工业中过电流"烧焦"现象,在过电流沉积条件下一步制备出等离激元黑金.扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见-近红外吸收光谱等表征结果显示,该黑金是具有三维分形结构的多晶纳米金,可以在400~1800 nm宽波段范围内吸收光.电催化甲醇结果显示,黑金在宽波长光照下可以将甲醇的电催化效率提高15.2%,其主要贡献来源于等离激元生成的热电子,而一小部分来自环境热.在不同的单色光照条件下,黑金的催化效率差别不大,表明其对光能的利用没有明显的波长选择性.

关键词：等离激元黑金宽波段吸收热电子光催化

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阳极溶出伏安法测定微量镉实验的课程思政设计

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大学化学 2024年第2期39卷 155-161页

作者：李昆高娜宦双燕王玉枝湖南大学化学化工学院化学生物传感与计量学国家重点实验室基础化学国家级实验教学示范中心(湖南大学)教育部分析化学课程虚拟教研室长沙410082

阳极溶出伏安法测定微量镉是一项经典的仪器分析基础实验。然而,该实验项目的传统教学内容较难使学生体会所学知识对实际生产生活的价值,不能有效落实课程思政建设的要求。本文旨在通过对教学内容的创新设计,更好地实现思政育人目标。... 详细信息

阳极溶出伏安法测定微量镉是一项经典的仪器分析基础实验。然而,该实验项目的传统教学内容较难使学生体会所学知识对实际生产生活的价值,不能有效落实课程思政建设的要求。本文旨在通过对教学内容的创新设计,更好地实现思政育人目标。引导学生对新闻事件、学科发展历史、科学家的故事和行业发展最新动态进行调研与讨论,增加设计性和探索性内容,提高本实验的高阶性。采用实际购得的大米等粮食替代以往预先配制的镉溶液,并采用自己独立制备的汞膜电极替代商业化的极谱仪电极,使学生在巩固实验操作技能的基础上,了解分析仪器的发展及改造方式,并掌握分析化学的基本研究范式。对本实验内容的优化,有助于培养学生的科学精神与科研素养,使学生体会专业知识对解决实际生产生活问题的意义,帮助其树立职业追求目标并养成良好的社会责任意识。

关键词：仪器分析实验阳极溶出伏安法电分析化学镉离子课程思政实验设计

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碳化钛在纳米生物传感中的应用研究进展

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山东科技大学学报（自然科学版） 2021年第5期40卷 98-106页

作者：李昆闫博宇王彦湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室湖南长沙410082 湖南大学化学化工学院湖南长沙410082

过渡金属碳/氮化物(MXenes)是一类新兴的二维材料,具有独特的物理化学性质,且易于与其他物质结合形成功能化复合材料。碳化钛(Ti 3C 2)作为一种典型的MXenes,在其基础上发展了多种功能性化学修饰方法,使之成为电化学和光学分析传感的理... 详细信息

过渡金属碳/氮化物(MXenes)是一类新兴的二维材料,具有独特的物理化学性质,且易于与其他物质结合形成功能化复合材料。碳化钛(Ti 3C 2)作为一种典型的MXenes,在其基础上发展了多种功能性化学修饰方法,使之成为电化学和光学分析传感的理想材料之一。本综述首先介绍MXenes的发展历史和重要应用,并简要总结Ti 3C 2纳米片和Ti 3C 2量子点的制备与修饰方法。进而,对Ti 3C 2在多种纳米生物传感策略(包括电化学、电致发光、光致发光、比色和表面增强拉曼光谱等)设计中发挥的独特作用进行总结和讨论。最后,对Ti 3C 2在纳米生物传感中面临的挑战和未来的发展趋势进行了展望。

关键词：碳化钛纳米传感生物传感纳米片量子点

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荧光蛋白结构改造及其生物传感应用

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高等学校化学学报 2020年第11期41卷 2324-2334页

作者：李慧圆雷春阳黄燕聂舟湖南大学化学化工学院化学/生物传感与化学计量学国家重点实验室湖南省生物大分子化学生物学重点实验室长沙410082

荧光蛋白自发现以来,因其具有基因编码、可以自主发出稳健荧光的特点,在生命科学领域中发挥着重要作用.随着对荧光蛋白的结构和功能有了更清晰的认识,在蛋白质工程技术和有机合成迅速发展的基础上,科研工作者可以对荧光蛋白的结构进行... 详细信息

荧光蛋白自发现以来,因其具有基因编码、可以自主发出稳健荧光的特点,在生命科学领域中发挥着重要作用.随着对荧光蛋白的结构和功能有了更清晰的认识,在蛋白质工程技术和有机合成迅速发展的基础上,科研工作者可以对荧光蛋白的结构进行设计改造和模拟,赋予其新的性质和功能,扩宽其在生物传感、生物成像等生命领域的应用.本文以绿色荧光蛋白的结构改造为主线,从局部结构改变、桶状结构重构和表面重构等不同层面阐述了荧光蛋白结构改造的方法以及荧光蛋白模拟物的研究进展,并介绍了这些荧光蛋白及其模拟物在生物领域的代表性应用.

关键词：荧光蛋白结构改造表面重构荧光蛋白核酸模拟物生物传感

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缺氧响应荧光探针的成像及治疗应用

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高等学校化学学报 2021年第11期42卷 3433-3444页

作者：谌委菊陈诗雅薛曹叶刘波郑晶长沙理工大学分析测试中心细胞化学湖南省重点实验室长沙410114 湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室长沙410082 湖南省体育科学研究所长沙410005 中南大学湘雅医院老年医学科长沙410008

由于肿瘤内部细胞远离血管,其氧气消耗量远远超出血液供应量,因此容易导致肿瘤缺氧.肿瘤缺氧会引发肿瘤扩散加速、诱导某些基因过表达及产生药物抗药性等问题.基于此,发展性能优异的缺氧响应荧光探针对肿瘤的诊断和治疗具有重要意义.本... 详细信息

由于肿瘤内部细胞远离血管,其氧气消耗量远远超出血液供应量,因此容易导致肿瘤缺氧.肿瘤缺氧会引发肿瘤扩散加速、诱导某些基因过表达及产生药物抗药性等问题.基于此,发展性能优异的缺氧响应荧光探针对肿瘤的诊断和治疗具有重要意义.本文对缺氧响应荧光探针在成像及治疗方面的应用进展进行了综合评述,介绍了硝基、偶氮键和醌3种常用的缺氧响应基团,并探讨了它们在缺氧微环境下的识别机理;介绍了缺氧响应荧光探针的构建及其在生物成像方面的最新研究成果;总结了缺氧响应荧光探针在基因治疗、光动力学治疗、化学治疗及协同治疗方面的研究进展;展望了缺氧响应荧光探针在临床诊断和治疗方面的应用前景.

关键词：缺氧荧光探针活细胞成像肿瘤治疗

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基于改进随机森林算法的薏苡仁产地溯源研究

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轻工学报 2023年第6期38卷 70-77页

作者：赵汉卿王斌陈瑶唐章奉方鑫陈增萍杨健邓婷中南林业科技大学理学院/应用化学研究所湖南长沙410004 湖南工业大学生命科学与化学学院湖南株洲412007 湖南大学化学化工学院/化学生物传感与计量学国家重点实验室湖南长沙410082 中国中医科学院道地药材国家重点实验室培育基地国家中药资源中心北京100700

以9个产地的薏苡仁为研究对象,通过将激发-发射矩阵(EEM)荧光光谱与改进的随机森林算法结合以实现薏苡仁产地的溯源分析。其中,随机森林算法的改进主要包括两方面:一是通过主成分分析(PCA)方法降低EEM荧光光谱的维度;二是利用网格筛选... 详细信息

以9个产地的薏苡仁为研究对象,通过将激发-发射矩阵(EEM)荧光光谱与改进的随机森林算法结合以实现薏苡仁产地的溯源分析。其中,随机森林算法的改进主要包括两方面:一是通过主成分分析(PCA)方法降低EEM荧光光谱的维度;二是利用网格筛选法找出PCA降维过程中最优保留主成分数及判别模型超参数。结果表明:基于薏苡仁的EEM荧光光谱数据构建的改进随机森林模型(加入标准差标准化和PCA降维模块)可以对9个产地薏苡仁样本进行准确预测,最佳模型由100棵最大深度为3、叶节点最小样本数为1个的决策树结合16个主成分数(PCs)构建,其对验证集和测试集(共108个样品)的准确度均为100%,优于偏最小二乘法构建的PLS-DA模型(96%)。

关键词：薏苡仁随机森林算法激发-发射矩阵荧光光谱产地溯源

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