《表面上生物分子的納米級高分辨化學成像研究》是依託中國科學技術大學，由董振超擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：表面上生物分子的納米級高分辨化學成像研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：董振超
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在納米尺度上對表面上單個分子、特別是生物分子進行化學識別和成像，是單分子科學和分子生物學等領域長期以來的挑戰和目標，對在分子尺度上了解生物分子之間的微觀耦合方式、甚至進行DNA測序、蛋白質摺疊構型的分析等都具有十分重要的科學意義和實用價值。本項目將進一步發展掃描探針顯微鏡與光學檢測相結合的聯用技術，利用表面等離激元的局域場增強特性，結合分子內部的非線性光學過程，開展單分子尺度的探針增強拉曼散射研究。項目將特別關注局域等離激元共振模式與入射雷射、分子光學躍遷之間的頻譜匹配調控，通過“探針等離基元+拉曼振動光譜+非線性光學”三者優勢的融合，提高拉曼信號的增強效應和空間解析度，並結合理論計算，在亞分子水平上對分子內不同基團的振動“指紋”進行標定與識別，實現表面上生物分子（包括胺基酸、DNA、蛋白質等分子）的高分辨化學成像。項目研究將為發展新型的納米級高分辨化學識別和成像技術提供重要的科學依據。
結題摘要
本項目經過五年的努力，圍繞項目的研究目標和內容，取得的若干有重要科學意義和套用前景的研究成果，主要包括：（1）在技術與方法發展方面，進一步發展了液氦條件下的TERS測量系統，將TERS空間成像解析度提高到0.4 nm，並使之具備了識別局部官能團、甚至單個化學鍵的能力；通過採用基於頂點成分分析的多變數全譜分析方法，實現了TERS成像圖全景式的化學信息的客觀分析，為後續複雜納米結構體系的高空間分辨成像研究提供了數學分析方法的保障；進一步發展了單分子STM誘導發光技術，採用電子激發手段實現了類似拉曼光譜的單分子振動分辨光譜的測量，提供了分子指紋識別的新手段。（2）在科學研究方面，利用亞納米空間分辨的TERS光譜測量與成像平台，實現了對接觸距離在范德華相互作用範圍內的相鄰不同卟啉分子進行清晰的化學識別，展示了TERS技術在納米尺度上識別複雜體系的強大能力；通過理論與實驗相結合，發現表面選擇定則對於大多數單分子特別是小分子體系的TERS光譜特徵都可以給出很好的解釋，為深入理解單分子TERS成像的物理機理提供了有力支持。進一步將此技術拓展到金屬表面上的生物分子，實現了對兩種混合的不同DNA鹼基分子的清晰化學識別，並從實空間獲得了人工合成單鏈DNA分子的部分序列信息。以上研究成果為利用光譜技術、特別是針尖增強拉曼光譜技術實現對DNA等生物分子的識別與測序研究奠定了科學基礎。 項目執行期間，已發表相關研究論文21篇，其中包括Nature （1篇），Nature Nanotechnol.（1篇），Nature Commun.（2篇），Angew. Chem. Int. Ed.（1篇），Chem. Soc. Rev.（1篇）等高水平雜誌文章。項目成員在國內外重要學術會議上做邀請報告10次；培養基金委優秀青年基金獲得者1名，博士後1名，博士研究生共7名，其中中國科學院院長特別獎獲得者1名，中科院優秀博士學位論文獲得者3名。以上情況說明項目組基本完成了項目的既定研究目標和任務。
