2025年中國分析測試科學獎二等獎：MOF限域催化與仿生信號放大協同構建高性能生物傳感平臺
完成單位：南京理工大學 青島大學 青島理工大學 深圳大學
完成人：單丹，張光耀，柴會寧，曲麗君，李怡萱，張學記，宗麗萍，蔡文蓉，李俊吉，張勝利
成果簡介：
本項目聚焦生物傳感領域“信號弱、干擾強、集成難”三大瓶頸，圍繞MOF限域催化與仿生信號放大機制，構建了多模式、可穿戴的高性能生物傳感平臺，突破了傳統技術的效率與穩定性障礙。
在信號放大方面，首創“配體交換重構自增強ECL”策略，將發光體與共反應劑一體化整合；并發展出“溶解氧雙通道響應”、“共振能量轉移放大”及“脂質體隔離”等新機制，構筑了高效的電子/能量轉移路徑，顯著提升了信號強度與信噪比。
在MOF限域催化方面，構建了“MOF-on-MOF級聯催化”與“V-Fe雙位點協同”納米酶，并通過ZIF-8限域共封裝技術，大幅提升了多酶體系的催化效率與環境耐受性，增強了比色、ECL與PEC等多模式信號輸出。
該平臺在生物標志物檢測中表現卓越，檢出限低至0.13 nM，信噪比提升超5倍。成果已成功集成為智能手機驅動的可穿戴PEC傳感器，實現了無酶、無外源電源的原位即時檢測。項目已授權發明專利9項，代表性成果被權威綜述重點引用累計超400次，并完成超500萬元的企業技術轉化合同，在基礎研究、工程應用與公共健康領域展現出重大價值與廣闊前景。
創新點及科學價值：
該成果圍繞生物傳感信號放大與器件集成，取得了一系列理論與技術突破。
在ECL領域，首創“配體交換重構自增強”策略，將發光體與共反應劑整合于單分子框架，顛覆了傳統共反應物依賴機制。同時，揭示了“溶解氧-活性氧”雙通道競爭機制，構建了首個免標記比率型ECL傳感模型，為復雜體系檢測提供了抗干擾新范式。通過構建仿生光捕獲系統和利用脂質體“生物膜隔離效應”，重構了ECL能量傳遞理論，顯著提升了發光效率。
在納米酶催化方面，首創“MOF-on-MOF”雙納米酶體系與“雙位點協同催化”模型，并結合DFT計算證實了其電子協同效應，解決了納米酶活性位點調控的難題。通過ZIF-8限域封裝，首次實現了納米酶與生物酶的協同保護，穩定性提升超10倍，為原位傳感提供了通用方案。
在器件集成方面，首次將卟啉MOF復合材料用于智能手機光驅動的可穿戴PEC傳感平臺，實現了無外源電源的汗液維生素C原位無酶檢測。
社會經濟效益：
經濟效益方面，通過與江蘇知至生物科技、南京立頂醫療科技等企業合作，簽訂了總額超500萬元的技術開發合同，有效推動了科研成果向市場的轉化。
社會效益方面，成果在醫療衛生領域貢獻突出，所開發的高靈敏度傳感器在新冠病毒檢測中實現了快速篩查，有效支持了疫情防控。在環境監測與食品安全領域，該技術能夠快速檢測重金屬和農藥殘留，為生態保護和公眾健康提供了有力保障。
人才培養方面，通過與企業共建江蘇省研究生工作站，打通了產學研鏈條，培養了一批高素質創新人才，為行業發展注入了活力。
應用前景：
在臨床診斷與醫療健康領域，高靈敏生物傳感器有望用于癌癥等重大疾病的早期診斷，提升診療效果；其快速檢測能力在未來突發公共衛生事件的監測預警中將發揮關鍵作用。
在環境保護領域，可廣泛應用于水、土、氣中污染物的實時、痕量監測，為環境治理提供精準數據支持。
在食品安全領域，可作為快速檢測工具，應用于從農田到餐桌的全鏈條質量控制，保障國民“舌尖上的安全”。
