生化传感分析是用生物活性材料与物理化学换能器有机结合的一门前沿交叉研究方向，也是生命健康和生物技术领域一种先进的检测与监控手段，在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分析（包括生物药物研究开发）、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。依托材料科学与工程学院和江苏省生化传感与芯片技术工程实验室，在李长明教授指导下，郭春显教授带领分析传感课题组长期深入开展生化传感研究和芯片研发，形成了以基础科学研究为导向，牵引新工科跨学科发展的主体思路，重点建设了包括电化学生化分析、全印刷生化分析芯片、可视化检测技术、细胞和亚细胞水平高时空分辨检测技术与器件四个具有特色的研究方向。
2021年该课题组在生化传感领域取得连续性重要进展，构建了系列先进传感分析材料和器件，主要成果包括：单原子钴纳米酶制备超长检测范围及超低检测极限的尿酸电化学传感器（Nano-Micro Letters，2021，13，7），活细胞释放过氧化氢的原位实时光电化学检测（Chemical Engineering Journal，2021，407，127203），基于细菌模板合成的多孔氮掺杂碳纳米棒复合纳米金构建的印刷式多巴胺传感试纸条（Biosensors and Bioelectronics，2021，186，113），磷酸锰/MXene纳米片复合材料实现超氧负离子的动态检测（Nano Research，国内卓越领军期刊），聚乙烯亚胺/黑磷纳米复合材料检测Cu2+（Journal of Colloid and Interface Science，2021，603，131），DNA信号放大和商品化血糖仪的超灵敏微流控免疫诊断平台（Sensors and Actuators: B. Chemical，2021，329，129055），仿生酶/生物基活细胞生长的自支撑传感器原位实时检测细胞释放的NO（Sensors and Actuators: B. Chemical，2021，334，129594），单原子钌仿生酶构建生物传感器实现血清中尿酸和多巴胺的同时检测（Analytical Chemistry，2021，93，4916，Nature Index）等。
2021年9月8日，生化传感领域知名期刊Biosensors and Bioelectronics发表了该团队的最新研究工作，相关成果题目为“Molecularly assembled graphdiyne with atomic sites for ultrafast and real time detection of nitric oxide in cell assays”（DOI: 10.1016/j.bios.2021.113630），该工作报道了具有原子活性位点的分子自组装石墨炔设计和制备及其细胞和单细胞释放一氧化氮分子的快速实时检测。郭春显教授为通讯作者，硕士研究生郝喜娟、胡芳馨副教授、谷雨博士为共同一作。该成果发表后，被系列媒体包括科研公众号“分析人”等报道。
一氧化氮(NO)，最为典型的活性氮分子，是细胞内普遍存在的信号分子，根据其含量高低，扮演着细胞“朋友”与“敌人”的角色，对活细胞释放NO的原位实时检测非常重要。本研究报道了石墨炔（GDY）与配位复合物分子的自组装策略，设计和制备一种先进的杂化传感材料，实现细胞和单细胞释放NO的快速原位实时监测。采用具有氧化活性的铁配合物Hemin (HEM)作为模型分子与GDY自组装。对石墨炔GDY/HEM的结构和性能进行了表征和分析，重点研究了其界面相互作用和电子结构。研究发现了GDY的炔基C原子可以与HEM杂化，加强了π-π相互作用，促进了Fe位点的原子级别分散，同时避免了HEM形成无催化活性的二聚体，GDY/HEM杂化材料表现出强烈的协同效应，有效克服了HEM暴露于水电解质时不稳定、易失活的缺点。
GDY/HEM的设计、制备原理图及其实时监测细胞释放的NO分子
（来源：Biosensors and Bioelectronics, DOI: 10.1016/j.bios.2021.11363）
利用自组装材料GDY/HEM对NO表现良好的传感性能，达到了0.95 s内的快速响应时间，检测限低至7 nM，宽线性检测范围高达151.38 μΜ。GDY/HEM实现了细胞释放NO分子的快速实时监测。通过实时监测药物刺激下细胞释放的NO分子，实现了GDY/HEM对肿瘤细胞和正常细胞释放一氧化氮的实时监测。通过实时监测细胞释放的NO分子，揭示了其药物浓度和细胞密度的依赖行为。
GDY/HEM对NO分子的电化学检测性能图
（来源：Biosensors and Bioelectronics, DOI: 10.1016/j.bios.2021.11363）
综上，本团队聚焦生化传感研究和芯片研发，近来取得连续性重要进展，重点建设了电化学生化分析、全印刷生化分析芯片、可视化检测技术、细胞和亚细胞水平高时空分辨检测技术与器件四个具有特色研究方向。在一定程度上解决了活细胞代谢过程中产生的系列信号分子无法实现实时检测的关键问题，为细胞信号转导、细胞凋亡机制等方面的研究提供数据支持和理论依据，在重大疾病的早期检测预防、新型药物开发、药物筛选、新型药剂开发等领域具有实际应用价值。
