他，杰青+长江，Chemical Science副主编，新任安徽工业大学学术副校长！

龙亿涛，男，汉族，1967年7月出生，江苏沛县人。南京大学生命分析化学国家重点实验室教授，国家杰青、教育部长江学者。山东大学本科毕业(1989年)，南京大学硕士(1996年)、博士(1998年)。1999年在德国Heidelberg大学博士后学习两年，其后分别在法国国立高等巴黎化学学院(ENSCP)、加拿大Saskatchewan大学和Alberta大学、美国加州大学Berkeley分校做研究工作。2007年回国在华东理工大学建立课题组。2019年起任南京大学化学化工学院教授，南京大学分子传感与成像中心主任。2023年起任安徽工业大学学术副校长。中科院院士有效候选人！

龙教授研究方向为纳米孔道单分子传感、光谱电化学限域测量、电分析仪器装置研制。共发表SCI论文300余篇，包括Nat. Nanotechnol., Nat. Chem., JACS.等期刊，总引超过2万余次，H-index75；获上海市自然科学一等奖，中国分析测试协会科学技术特等奖和中国化学会分析化学基础研究梁树权奖。国家杰出青年基金获得者，国家高层次人才计划入选者，主持了基金委创新研究群体、重大科研仪器研制专项和863重大项目课题等；负责科技部重点领域创新团队“单个体生命分析化学创新团队”；曾任ACS Sensors创刊副主编，现任Chemical Science、Research、《高等学校化学学报》副主编。

接下来，我们汇总了龙教授以往的顶刊工作，与大家一起分享。

Nat. Nanotech.：纳米孔道电化学技术综述与展望

纳米孔道师法自然，模拟细胞膜表面蛋白质通道，其限域空间提供了最逼近实际生命体系中分子反应行为的场所，可实现在极短的时域内捕获单个分子瞬态变化，从而探索基础生物化学领域新现象、新规律和新知识提供可靠的单分子电化学测量方法。早在上世纪90年代，纳米孔道最初作为一种生物传感器开发应用于超灵敏核酸测序和无标记生物小分子的单分子传感测量。经过近30年的发展，纳米孔道单分子电化学分析技术已应用于DNA测序等。在DNA测序以外，近年来其在蛋白质检测与测序、生物化学反应动态测量研究等方面显示出独特的优势。

南京大学龙亿涛教授、牛津大学Hagan Bayley教授、代尔夫特理工大学Cees Dekker教授、以色列理工学院Amit Meller教授和格罗宁根大学Giovanni Maglia教授团队长期致力于纳米孔道电化学传感机制与应用研究，积累了十多年的实验实践、理论认知以及仪器开发经验。近日，龙亿涛教授、应佚伦教授团队与国际顶尖纳米孔(道)研究团队梳理回顾了近年来纳米孔道电化学技术在蛋白质分析和测序、单分子共价化学、液体活检临床应用以及仿生纳米孔道系统构建与应用等方面的发展现状和主要挑战，深入探讨了纳米孔道电化学“限域空间效应“为单分子测量技术带来的新机遇、新挑战和新应用。

文献链接：
https://www.nature.com/articles/s41565-022-01193-2

Nat. Nanotech.：野生型气溶酶纳米孔对不同长度寡核苷酸的鉴别

蛋白质纳米孔提供了一种廉价、无标记的分析单个寡核苷酸的方法。该方法的灵敏度在很大程度上由所使用的成孔蛋白的特性决定，并且通常依赖于经过化学修饰或结合分子马达的纳米孔。然而，使用野生型生物纳米孔对寡核苷酸进行有效、高分辨率的识别仍然很难实现。

南京大学龙亿涛教授等人发表研究表明，野生型溶血素纳米孔可以分解2到10个碱基长的单个短寡核苷酸。溶血素的几何形状以及纳米孔和寡核苷酸之间的静电相互作用则可显著改善纳米孔的传感能力。研究还表明，野生型溶气素纳米孔可以区分单个寡核苷酸和混合物，并可以监测核酸外切酶I对寡核苷酸的逐步切割。

文献链接：
https://www.nature.com/articles/nnano.2016.66

Nat. Chem.：蛋白纳米孔揭示了肾素-血管紧张素系统中酶的串扰效应

肾素-血管紧张素系统（RAS）可以保护人体免受血压下降或电解质失衡的影响。该系统的失调会导致心血管疾病。病理性RAS的传统临床疗法主要集中在主效应肽血管紧张素II（Ang II），涉及其形成酶ACE（血管紧张素转换酶）的抑制剂或Ang II受体拮抗剂治疗。事实上，内源性ACE2也可以降低Ang II的水平，并将其前体Ang I降解为Ang 1-9（图1b）。ACE2和ACE的“串扰效应”确实对RAS有复杂的影响，从而可能为RAS的调节机制提供新的深入见解。并且，当细胞被冠状病毒攻击时，ACE和ACE2的串扰被进一步扰乱，导致特征性症状。因此确切需要一种实时定量监测具有微妙差异和短半衰期的多种成分的方法以检测肾素-血管紧张素系统中的串扰效应。

基于以上挑战，南京大学龙亿涛教授等人报告了一种纳米孔框架，以定量确定血管紧张素转换酶（ACE）和血管紧张素转换酶2（ACE2）之间的隐性串扰效应对RAS的影响。通过开发一个能够解决单氨基酸的工程化气溶胶纳米孔，即使ACE的浓度比ACE2的浓度高30倍以上，ACE也能被ACE2选择性地抑制，以防止血管紧张素I的裂解。作者还展示了SARS-CoV-2的刺突蛋白可以明显抑制ACE2剪切血管紧张素肽的活性，这导致了ACE的松弛和主效应物血管紧张素II积累的概率增加。

文献链接：
https://www.nature.com/articles/s41557-023-01139-8

Nat. Protocols：量化单一实体光致电子转移性质的超灵敏光电化学平台

了解光诱导电子转移过程对于实现高效的太阳能转换至关重要。然而，目前还很难阐明系综系统中单个组件的特定特性与光电化学性能之间的联系，因为由于体系统的异质性相互作用，数据通常以平均值表示。

华东理工大学龙亿涛教授和田禾教授等人报告了一个逐步策略，以制造超灵敏的光电化学平台，用于实时检测具有皮安和亚毫秒灵敏度的单个实体的固有光电化学行为。使用微米厚度的TiO 2薄膜覆盖的Au超微电极（UME）作为电子传输电极，可以观察到与单个实体光电化学反应相关的每个单独的染料标记的氧化物半导体纳米颗粒碰撞的光电流瞬态。该策略使研究人员能够获得高分辨率的光电流信号，以量化单个实体的光诱导电子转移特性，并精确处理获得的数据。该策略还包括动态光散射（DLS）分析、透射电子显微镜（TEM）成像和碰撞频率-浓度相关性的程序，以确认光电化学碰撞事件发生在明确的单个实体水平上。

文献链接：
https://www.nature.com/articles/s41596-019-0197-8

Nat. Protocols：构建可用于单寡核苷酸分析的脂质双分子层气溶酶纳米孔

自2006年溶血素在α-螺旋肽分析中取得突破以来，溶血素已被应用于各种分子的检测，如寡核苷酸、蛋白质、低聚糖和PEGs。在此项研究中，华东理工大学龙亿涛教授等人描述了在脂质双层中构建溶血素纳米孔的方法及其随后的应用，包括区分不同长度的寡核苷酸和实时监测Exo I对五脱氧腺嘌呤（dA5）的逐步切割。特别是，溶血素纳米孔对单分子易位的电流和持续时间的固有高灵敏度，甚至允许检测长度短至两个腺嘌呤核苷酸的寡核苷酸，并实时记录酶反应过程，以确定用于生物分子降解/聚合的酶的动力学参数。此外，该方法存在着广泛的潜在应用价值，例如蛋白质折叠/去折叠构象的测定，低聚糖分析，质量/长度判别和蛋白质修饰的检测等。

文献链接：
https://www.nature.com/articles/nprot.2017.077

Nat. Protocols：利用仿生杂化双层膜系统研究电子转移过程

华东理工大学龙亿涛教授报道了一种使用组装在金电极上的仿生杂化双层膜（HBM）通过电化学研究生物膜中氧化还原活性生物分子的电子转移过程的方案。氧化还原活性头部基团，如泛醌部分，嵌入含有靶分子（如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH））的HBM中。通过使用这种方法，氧化还原分子和靶生物分子之间的电子转移过程就可通过模拟天然膜中的氧化还原循环过程来介导的。研究还使用原位表面增强拉曼散射（SERS）程序，以确认HBM中目标生物分子的电化学诱导构象变化。此外，构建HBM的每个步骤都通过电化学阻抗谱（EIS）、高分辨率X射线光电子能谱（XPS）和原子力显微镜（AFM）来表征。

文献链接：
https://www.nature.com/articles/nprot.2013.007

Nat. Commun.：探索单纳米颗粒在界面上的动态相互作用用于表面约束的电化学行为和尺寸测量研究

随着新仪器和新方法的发展，人们对纳米粒子在液固界面上的高动态行为进行了研究。然而，对单个纳米颗粒在电极界面上的电化学行为的动力学性质仍知之甚少。

华东理工大学龙亿涛教授和马巍教授等人使用第一原理密度泛函理论（DFT）计算，通过检查两个不同超微电极（UME）表面上的NP来研究吸附能量标度关系。这使作者能够半定量地预测NP在UME界面上的吸附相互作用效应，并有助于识别随机碰撞过程中单个NP的动态电化学性质。基于理论预测，作者探索了单个AgNP的相互作用调节的电化学氧化行为，产生了显著不同的电流痕迹。通过试图抑制AgNPs的随机路径并控制它们在碱性介质中的运动，研究观察到直径为10、18、34、55、65和75 nm的AgNPs完全氧化，并利用随机碰撞电化学的多参数分析成功实现了AgNP混合物的原位尺寸识别。

文献链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-020-16149-0

Nat. Commun.：单寡核苷酸分析中气溶酶传感点的绘制

纳米孔传感是一种用于DNA和蛋白质测序的强大单分子方法。最近的研究表明，溶血素对单分子检测具有高灵敏度。然而，溶血素孔的原子分辨率结构的缺乏阻碍了人们对其传感能力的理解。

为此，华东理工大学龙亿涛教授和洛桑联邦理工学院Matteo Dal Peraro等人将纳米孔实验的结果与分子建模和模拟相结合，以精确绘制这种蛋白质的传感点，用于寡核苷酸分析。研究结果显示，两个清晰的传感点位于整个孔腔的两个主要收缩点，即位于氨基酸残基R220和K238。研究进一步发现，R220位置的第一个位点主要负责特异性识别不同的核碱基。此外，基于孔进入的结构特征，研究证明了DNA易位从3′端进入的偏好，与其他成孔毒素（PFTs）如α-溶血素一致。因此，通过合理探索孔移位时ssDNA的长度和组成，研究获得了新的重要分子见解，这可能有助于未来设计具有改进测序能力的溶血素变体。

文献链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-018-05108-5

Angew：光诱导粒子间化学通讯的原位监测

监测颗粒间化学通讯在纳米材料合成中起着关键作用，因为这种通讯控制着全局纳米颗粒（NP）的最终结构和稳定性。然而，揭示平均宏观信息的集成分析技术却无法阐明NP与NP的相互作用。

南京大学化学化工学院龙亿涛教授和芦思珉副研究员团队采用随机碰撞电化学在单个NP水平上跟踪光化学过程中Ag NP的形态转变。通过对时间分辨电流瞬态的进一步统计分析，研究定量地确定了大小Ag NPs群体之间的动态化学电势差和粒子间通信。随机碰撞电化学的高灵敏度使得能够原位研究光化学过程中NP的化学通讯依赖性转化动力学，为设计纳米材料提供了线索。

文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202215631

JACS：随机碰撞电化学方法研究电极界面动态电位分布

电极界面的电位分布是电化学的核心因素，通常采用经典的Gouy–Chapman–Stern（G–C–S）模型进行处理。然而，G–C–S模型不适用于纳米颗粒碰撞电化学，因为它描述的是稳态电极电势分布。此外，由于NP的大小与电极的大小相当，不应忽视单个纳米颗粒（NP）对电势的影响。

南京大学龙亿涛教授建立了一个基于Au-超微电极（Au-UME）上Ag碰撞动态隧道系统的电化学模型，半定量地揭示了单个粒子对UME界面电势分布的影响。本文提出的模型是通过将西蒙斯理论与法拉第第一定律相结合来描述碰撞电化学反应中单个Ag NPs的大小和位置随电势分布的变化而导出的。西蒙斯理论用于描述由绝缘膜分隔的两个电极之间的隧穿电流。法拉第第一定律则用于描述电氧化电流与电势分布之间的关系。考虑到Au UME和Ag NP之间电解质溶液的低能垒，研究将Simmons模型应用于单个Ag NP碰撞系统，将Au UME和单个Ag NPs视为电解质溶液中的两个不同电极，由此提出的理论模型被称为金属-溶液-金属纳米粒子（M-S-MNP）。研究给出了描述单个NP随机碰撞电化学中与尺寸/距离相关的电势分布的显式方程，表明电势分布受NP的影响。因此，实验和模拟之间的一致性表明了M-S-MNP模型在理解纳米级电荷转移过程中的潜在作用。

文献链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c02588

Angew：利用碰撞电化学研究单个纳米颗粒的类酶催化行为

纳米材料类酶催化活性的表征通常是基于比色原理的传统测量方法，往往只能获得大量纳米酶颗粒催化活性的整体平均结果，反映的是一个共性的近似结果，无法读取其本征催化性能信息和明确其构效关系。

基于前期研究，华东理工大学龙亿涛教授和马巍副教授等人研发了高分辨弱电流电化学检测装置，在微电极界面上进行灵敏检测，利用碰撞电化学可获取单个纳米颗粒电化学反应过程本征性质的优势，将单个纳米酶颗粒近似作为独立的球形纳米电极，实现瞬态电化学检测。通过单颗粒电化学大数据特征分析，获取高分辨电化学信号，可有效区分单个纳米粒子间类酶催化活性差异性，消除溶液体系中的平均效应，读取单个纳米酶催化过程的准确信息，从而为构建和筛选具有高效类酶活性的纳米材料提供了新的表征方法。研究人员进一步通过稳态电流扩散方程获取单个AuNPs和单个Ag-Au纳米复合体分别作为类葡萄糖酶和类过氧化物酶的催化反应动力学信息，研究单个纳米酶的催化动力学反应控制过程以及微电极界面之间协同催化机制，从而阐明纳米酶催化反应机理。

文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201900582

来源：BioMed科技

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