《Journal of Chemical Education》報道南京大學(xué)“科研融合型”儀器分析實驗項目研究成果：納米孔道電化學(xué)技術(shù)測量單個生物分子在教學(xué)中的應(yīng)用
納米孔道電化學(xué)是一種非標(biāo)記、高通量、高分辨的單分子分析方法。生物納米孔道通過構(gòu)建與單個分子尺寸相匹配的單個蛋白質(zhì)分子界面，電化學(xué)限域捕獲單個分子。由于空間占位效應(yīng)以及單個分子與孔道之間的相互作用，導(dǎo)致納米孔道限域空間內(nèi)離子流量發(fā)生改變，通過解析產(chǎn)生的皮安培(pA)級瞬態(tài)離子電流信號，從而獲取分子個體的種類、結(jié)構(gòu)、動態(tài)行為等信息，現(xiàn)已在科學(xué)研究、基因檢測中得到廣泛應(yīng)用。
將發(fā)展迅速、具有重大推廣前景的前沿科學(xué)技術(shù)及時介紹給本科學(xué)生、轉(zhuǎn)化為本科教學(xué)內(nèi)容，保持課程內(nèi)容先進性是化學(xué)化工學(xué)院“儀器分析實驗”課程建設(shè)的一項重要任務(wù)?；瘜W(xué)化工學(xué)院龍億濤團隊努力實踐，遵照對教育工作者提出的“以本為本，四個回歸”的要求，應(yīng)佚倫教授、胡正利博士等團隊成員結(jié)合團隊在納米孔道單分子測量方面所取得的國際先進成果，積極加入到南京大學(xué)設(shè)立的“科研融合型”高階綜合設(shè)計實驗課程教改項目研究中。在化學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心張劍榮教授的指導(dǎo)下，和余曉冬副教授、孔璇鳳老師緊密合作，依托南京大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中心，通過構(gòu)建高穩(wěn)定性生物納米孔道、發(fā)展高抗干擾能力的微弱電流檢測裝置、建立高重現(xiàn)性實驗方法，設(shè)計出一套在本科化學(xué)實驗室可進行單分子分析的實驗裝置和原理方法，使得本科學(xué)生在實驗課堂上通過離子流差異性測量即能從混合樣品中對具有一個堿基差異的poly(dA)4和poly(dA)5分子進行逐一識別。?
圖1：納米孔道單分子電化學(xué)測量原理與主要實驗步驟
??? “儀器分析實驗”是化學(xué)類專業(yè)的核心平臺課程，也是南京大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中心為生物、環(huán)化、地學(xué)及匡亞明基礎(chǔ)學(xué)院等本科學(xué)生開設(shè)的基礎(chǔ)課之一，包含有基礎(chǔ)實驗和設(shè)計實驗兩類實驗項目。它的基本任務(wù)是通過實驗培養(yǎng)學(xué)生的動手、觀察、思考、交流以及團隊合作能力。龍億濤團隊基于前沿科研成果，將化學(xué)、生物、信息等知識交叉融合，以興趣為導(dǎo)向，引導(dǎo)并鼓勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)、靈活思考、打破常規(guī)科研視角，激發(fā)科研潛能，學(xué)生通過自己設(shè)計和自主實驗，從不同角度建立基礎(chǔ)實驗教學(xué)與科學(xué)研究之間的聯(lián)系，實現(xiàn)了課堂教學(xué)與前沿研究并軌。課程把“教、學(xué)、行、思、辯“的教學(xué)方法應(yīng)用于學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的科研興趣、知識應(yīng)用能力和解決問題能力，為學(xué)生今后的科研學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)；在自主設(shè)計儀器分析實驗課程的建設(shè)與改革方面，對創(chuàng)新型復(fù)合人才培養(yǎng)邁出重要一步。
圖2：納米孔道單分子實驗學(xué)習(xí)與課堂討論
該課程項目獲得了南京大學(xué)“科研融合型”高階實驗課程培育項目經(jīng)費資助，相關(guān)教學(xué)成果以“A Course of Hands-on Nanopore Experiments for Undergraduates: Single-Molecule Detection with Portable Electrochemical Instruments”為題，近期發(fā)表在美國化學(xué)會化學(xué)教育雜志《Journal of Chemical Education》上(J. Chem. Educ. 2020, DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c00389)。
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全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jchemed.0c00389
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