专家信息:
王素华,男, 中国科学院合肥智能机械研究所研究员,博士生导师。2010年入选中国科学院引进海外杰出人才“**计划”,获中科院知识创新工程重要方向项目资助。
教育及工作经历:
2010年中国科学院引进海外杰出人才“**计划”。
2001年香港科技大学(The Hong Kong University of Science and Technology)获博士学位
1995年中国科学院化学研究所获硕士学位
1992年山东师范大学获学士学位
2001年-2003年获得日本学术振兴会博士后(JSPS postdoc.),在日本Himeji Institute of Technology 从事纳米技术的研究
2003年-2010年新加坡国立大学(National University of Singapore)从事纳米敏感材料与检测分析的研究。
研究方向:
光谱分析化学、化学与生物传感技术、仿生纳米功能材料
科研项目:
结合智能所仿生感知与智能传感研究方向,申请“基于荧光标记和表面增强拉曼散射的生物活体检测” 项目,获得中科院项目**计划的资助,项目总经费300万元。
科研成果:
1.设计制备了基于能量传递机理并通过荧光猝灭-点亮现象来高选择性检测一氧化氮的水溶性量子点。
2.通过增强量子点的荧光效率来检测活泼短寿命小分子,利用无机量子点作为一氧化氮的荧光探针;通过量子点的表面功能化,使其在生理环境下带正电荷并且具有pH缓冲功能,提高了它的细胞摄取率和荧光稳定性。
3.建立了把金纳米颗粒组装成具有规则形状和明显晶面的三维超晶格的汽/液界面结晶法以及研究了金原子和金纳米颗粒在此超级晶格内的堆积规律。
4.在单一三维超晶格中同时观察到金原子和金纳米颗粒排列的周期性和关联。
5.发展了二元半导体单晶纳米线阵的简单高效的气/固相制备方法。通过对生长机理和行为的研究分析,并把此方法扩展到其它纳米线阵的制备。
6.制备了具有增强光导电性的以无机纳米粒子和半导体高分子为主要组分的纳米复合材料。通过对高分子的杂化提高了两者的兼容性从而增强了光致电荷的产生分离效率和传递速率。
7.针对包裹表面痕量爆炸物及时、现场检测这一既具挑战性的难题,利用量子点优越的化学性质,通过对其表面进行爆炸物梯恩梯的识别功能化,设计并构建了可视化纸质传感器。相关研究成果申报了国家发明专利并在国际著名化学期刊《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.doi:10.1021/ja2015873)上发表。《美国化学会志》评审人给予了高度评价,认为“该工作的思想具有很强的创新性,为爆炸物的现场快速检测提供了新手段,是一项优秀和重要的研究工作。”
发明专利:
1.一种用于检测次氯酸的双功能近红外荧光分子探针及其制备方法 201310282550.2 王素华
2.一种双色纳米复合物、基于该复合物的可视化检测梯恩梯的纸质传感器及其制备 201310486786.8 王素华
3.一种功能化多元氮杂环荧光探针、其制备方法及其用途 201310362261.3 王素华
4.一种双发射荧光化学传感器及其制备方法和用途 201310362341.9 王素华
5.一种掺杂量子点比率荧光法可视化检测有机磷农药残留的方法 201310306586.X 王素华
先后在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Edt., Anal. Chem., Chem. Comm., Nanotechnology, Cardiovasc. Res., Chem. Mater.,J. Phys. Chem. 等国际学术期刊上发表SCI论文40多篇,他人引用860多次,单篇最高他引158次。
发表英文论文:
1. J Kui Zhang, Haibo Zhou, Qingsong Mei, Suhua Wang,* Guijian Guan, Renyong Liu, Jian Zhang, Zhongping Zhang*, 2011 “Instant Visual Detection of Trinitrotoluene Particulates on Various Surfaces by Ratiometric Fluorescence of Dual-Emission Quantum Dots Hybrid”, J. Am. Chem. Soc., 133, 8424-8427.
2. Jian Zhang, Shudong Zhang, Zhenyang Wang, Zhongping Zhang,* Shuangshuang Wang, Suhua Wang*, 2011 “Hopper-Like Single Crystals of Sodium Chloride Grown at the Interface of Metastable Water Droplets”, Angew. Chem. Int. Ed., 50, 6044-6047.
3. Haibo Zhou, Zhongping Zhang, Changlong Jiang, Guijian Guan, Kui Zhang, Qingsong Mei, Renyong Liu, Suhua Wang*, 2011, “Trinitrotoluene Explosive Lights up Ultrahigh Raman Scattering of Nonresonant Molecule on a Top-Closed Silver Nanotube Array”, Anal. Chem., doi.org/10.1021/ac201407z.
4. Chao Yuan, Renyong Liu, Suhua Wang,* Guangmei Han, Ming-Yong Han*, Changlong Jianga, Zhongping Zhang, 2011 “Single clusters of self-assembled silver nanoparticles for surface-enhanced Raman scattering sensing of a dithiocarbamate fungicide”, J. Mater. Chem., DOI: 10.1039/c1jm12919h.
5. Bianhua Liu, Mingyong Han, Guijian Guan, Suhua Wang,* Renyong Liu, Zhongping Zhang*, 2011 “Highly-Controllable Molecular Imprinting at Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles for Ultrafast Enrichment and Separation”, J. Phys. Chem. C, 115, 17320-17327.
6. Ping Liu, Renyong Liu, Guijian Guan, Changlong Jiang, Suhua Wang*, Zhongping Zhang*, 2011 “Surface-enhanced Raman scattering sensor for theophylline determination by molecular imprinting on silver nanoparticles”, Analyst, 136, 4152-4158.
7. Renyong Liu, Guijian Guan, Suhua Wang*, Zhongping Zhang*, 2011 “Core-shell nanostructured molecular imprinting fluorescent chemosensor for selective detection of atrazine herbicide”, Analyst, 136, 184-190.
8. Qingsong Mei, Kui Zhang, Guijian Guan, Bianhua Liu, Suhua Wang*, Zhongping Zhang*, 2010, “Highly efficient photoluminescent graphene oxide with tunable surface properties”, Chem. Commun., 46, 7319-7321.
9. Suhua Wang, Ming-yong Han, Dejian Huang*, 2009, “Nitric Oxide Switches on the Photoluminescence of Molecularly Engineered Quantum Dots”, J. Am. Chem. Soc., 131, 11692-11694.
10. Suhua Wang*, Dejian Huang*, 2010, “The Roles of Photoluminescent Quantum Dots in Generation or Detection of Reactive Oxygen Species: Culprits or Detectives?”, COSMOS, 6, 149-158.
11. Qian-Chen Yong, Li-Fang Hu, Suhua Wang, Dejian Huang, Jin-Song Bian*, 2010, “Hydrogen sulfide interacts with nitric oxide in the heart: possible involvement of nitroxyl”, Cardiovascular Res., 88, 482-491.
12. Yan Yan, Suhua Wang, Zhongwei Liu, Hongyu Wang, Dejian Huang*, 2010, “CdSe-ZnS Quantum Dots for Selective and Sensitive Detection and Quantification of Hypochloritel”, Anal. Chem. 82, 9775-9781.
13. Suhua Wang, Haipeng Song, Weiyi Ong, Ming-yong Han, Dejian Huang*, 2009, “Positively charged and pH self-buffering quantum dots for efficient cellular uptake by charge mediation and monitoring cell membrane permeability”, Nanotechnology, 20, 425102-425110.
14. Suhua Wang, Hiroshi Yao, Seiichi Sato, Keisaku Kimura*, 2004, “Inclusion-Water-Cluster in a Three-Dimensional Superlattice of Gold Nanoparticles”, J. Am. Chem. Soc., 126, 7438-7439.
15. Seiichi Sato, Suhua Wang, Keisaku Kimura*, 2007, “Atomic Alignment in Particle Crystals of Au Nanoparticles Grown at an Air/Water Interface”, J. Phys. Chem. C, 111, 13367-13371.
16. Suhua Wang, Wee Sun Sim*, 2006, “Au Nanoparticles Encapsulated in Ru Carbonyl Carboxylate Shells”, Langmuir, 22, 7861-7866.
发表中文论文:
资料更新中……
中科大梁高林教授、智能所王素华研究员到技术生物所开展交流
文章来源: 徐升敏 发布时间: 2014-06-20
6月19日,应吴李君研究员邀请,中国科技大学梁高林教授、合肥研究院智能所王素华研究员到技术生物所交流,并分别作学术报告。
梁高林教授结合自己实验室研究方向,讲解了利用“点击”反应设计多种用途的生物小分子探针。这些探针在体内外GSH的控制下合成发光纳米材料,用于细胞和个体显像和疾病诊断分析。他详细介绍了19F多肽探针在细胞内发生GSH控制的缩合反应,通过特定细胞内酶解反应对多肽底物的降解实现纳米颗粒的解组装,形成19F信号的开启。他还讲解了此探针在NMR成像中的应用。
王素华研究员介绍了多种新型的自由基探针的合成方法以及应用。通过量子点荧光的猝灭-打开现象设计发展了多种高选择性敏感跟踪检测自由基的荧光探针,并建立了大气中NO快速检测的分析方法。同时,发明了可视化试纸现场检测方法,利用发光石墨烯对HOCl进行特异性检测。他还介绍了检测HOCl的近红外荧光探针以及H2S的探针,这些探针响应速度快、荧光稳定性好。
梁高林,中国科学技术大学化学系教授,博士生导师。2005年9月至2008年1月香港科技大学化学系博士后,主要从事超分子水凝胶、无机纳米粒子的制备以及在生物医学方面的应用研究。2008年1月至2010年5月,美国斯坦福大学医学院博士后,主要从事分子与细胞显像的研究。在SCI收录期刊上发表论文50余篇。其中在Nature Chemistry, Accounts of Chemical Research, Angewandte Chemie International Edition, 等期刊上发表30余篇,论文目前被他人引用1600余次。
王素华,中科院合肥研究院智能所研究员,博士生导师。2001年香港科技大学获博士学位。2001年-2003年在日本Himeji Institute of Technology从事纳米传感技术的研究,2003年-2010年在新加坡国立大学从事纳米敏感材料与检测分析的研究。2010年入选中国科学院“**计划”。目前主要聚焦于先进功能材料、生物活性氧/活性氮(ROS/RNS)和小分子活泼自由基的分析传感方法的研究等。相关研究成果分别在J. Am. chem. Soc.,Angew. Chem. Int. Edt., Anal. Chem., Cardiovasc. Res. 等学术期刊上发表。
荣誉奖励:
1、2010年入选中国科学院引进海外杰出人才“**计划”。
智能所发展出大气中痕量二氧化氮高选择性可视化检测新方法
文章来源: 余欢 发布时间: 2013-05-14
在国家自然科学基金委海外合作项目“大气污染物氮氧化物和二氧化硫的高选择性可视化检测方法研究”和中科院**计划的支持下,智能所王素华、新加坡国立大学黄德建和北卡罗来纳大学Leaf Huang科研团队协同合作,在大气污染物分析检测领域取得重要进展,发展了大气中痕量二氧化氮(NO2)的高选择性可视化检测新方法,检测限达1 ppm,符合美国安全环境与健康管理体系(HSE)的标准。
二氧化氮是主要的大气污染物成分之一,主要来自于汽车尾气和工业废气,化学性质相对活泼,易与其他污染物发生大气化学反应造成二次污染,诱发细微颗粒物(如PM2.5等)的产生,严重影响空气质量,导致地表水酸化等污染后果。近年来随着我国工业经济的发展,工业废气和机动车尾气的排放逐年增多,其所引起的雾霾现象越发常见,所以开发快速灵敏的大气污染物监测方法对于空气污染的防控具有重要意义。目前由于缺乏便捷特异的检测方法,制约了氮氧化物的有效跟踪和监测控制。
研究人员以二氧化氮的现场可视化检测为目标,通过对荧光单体的功能化设计,获得了对二氧化氮具有灵敏性和特异性识别的络合荧光探针,能迅速捕获二氧化氮,生成具有高量子效率的荧光产物。研究人员进一步将这种方法发展成便携荧光传感试纸,在紫外灯照射下,其遇到二氧化氮发出明亮的橙红色荧光,从而实现对二氧化氮的可视化检测。此外,细胞实验表明,该探针可通过脂质体进入细胞,实现对细胞内二氧化氮的成像分析。
该研究成果已在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society,2013, 135, pp5312−5315)上发表。
荧光传感试纸的荧光强度与空气中NO2的含量呈现线性响应关系
智能所科研团队建立重金属离子快速可视化检测新方法[图文]
发布日期:2012-11-19 作者: 张奎
在国家重点基础研究发展计划(973项目)“应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究”、自然科学基金委、中科院“引进海外杰出人才”—**计划项目的大力支持下,智能所王素华研究团队近期在重金属离子污染的现场快速敏感检测这一研究领域中取得重要进展,建立了可视化检测的新方法,并研制出新型的可视化传感器。相关研究成果分别发表在美国化学会的Analytical Chemistry(《分析化学》)、英国皇家化学会的Journal of Materials Chemistry(《材料化学杂志》)、和Nanotechnology(《纳米技术》)国际期刊上。
痕量重金属离子检测目前主要依赖于原子吸收、原子荧光、电感耦合等离子体、质谱等实验室方法。尽管这些方法检测精度比较高,但仪器耗资昂贵、运行费用高、操作要求多,检测比较费时、费力,而且测量时需萃取、浓缩富集或抑制干扰等复杂前处理过程。针对难题,研究团队提出的可视化检测方法具有不依赖大型贵重的分析仪器、可进行裸眼观测、响应时间快等优点,能够实现痕量重金属离子的现场快速可视化检测。首先,研究人员通过设计制备出针对汞离子的特异性有机螯合配体,与汞离子通过配体交换反应形成螯合物,进一步在发光量子点表面发生快速的阳离子取代反应,导致量子点的荧光效率发生改变,从而通过荧光强度和颜色的变化实现对汞离子的高灵敏选择性检测(Anal. Chem. 2012, DOI: 10.1021/ac302822c)。随着汞离子浓度的增加,荧光发射峰位逐渐向长波方向移动,同时伴随着量子点的黄光会逐渐演变成红光(如图示)。研究人员进一步设计并组装了针对汞离子的纸质传感器,实现了对纯水、自然湖水中汞离子的快速可视化检测。
研究人员又设计并研制了一种基于发光氧化石墨烯的新型比率荧光纳米复合探针,通过探针不同颜色荧光的比率变化,可将其应用于可视化检测分辨不同价态的铁离子(Fe2+)。在紫外光照下,随着Fe2+浓度的增加,探针的荧光颜色从红色变为蓝色,从而实现对Fe2+的可视化检测(Nanotechnology 2012, 23, 315502)。此外,研究团队还通过对氧化石墨烯的多层规整自组装,研制出了由多层氧化石墨烯组装的电极材料,结合电化学原理,可实现对铜离子的高选择性和敏感检测(Journal of Materials Chemistry 2012, 22, 22631)。
图示:针对重金属汞离子的现场快速可视化检测
王素华:向雾霾宣战
近几年,由于环境受到巨大污染,雾霾已经成为国人心中驱赶不走的阴影。向雾霾宣战,人人有责,刻不容缓。
在合肥市西郊蜀山湖畔风景秀丽的 “科学岛”上,中国科学院合肥物质科学研究院研究员、引进海外杰出人才“**计划”科学家王素华正以他特有的方式,冲在这场战役的第一线。
构建神奇武器开关
——迅速锁定氮氧自由基
雾霾,人人皆知,但雾霾是怎么形成的?雾霾的成员都有哪些,造成雾霾危害的“罪魁祸首”都有哪些?
科学家们经过长期研究发现,空气中一些气体自由基小分子,如氮氧化物(NOx),臭氧(O3)是雾霾家族中的“危险分子”,它们能直接或间接影响着人类的呼吸系统、免疫系统、神经系统以及循环系统,造成心血管疾病,组织病变,死亡率升高等问题;而大气中的气态污染物也可以被氧化成细颗粒物,对PM 2.5的形成具有促进作用。
摸清这些“危险分子”的含量分布及变化,是认识这些活性物质在大气中的迁移规律、演变过程和探索雾霾形成机制的基础。但这些气态自由基通过人的肉眼很难看得见也摸不着,且具有反应活性高和多组分并存等特点,高选择性和高灵敏的检测极为困难,是分析化学研究领域的重大挑战。而近年来,纳米材料的蓬勃发展,特别是对于具有特殊物理化学性质的新型纳米材料的研究,为气体污染物分子的高灵敏快速检测提供了新的方向。
能不能利用纳米材料设计一种高灵敏度的探测“开关”,让它在遇上检测目标的时候有选择性地迅速“打开门”,遇到其他成员的时候迅速“关上门”,与此同时,通过什么方法使检测变得可视且方便操作?利用手中的现代科技“武器”,王素华及其团队围绕气态污染物的可视化化学检测研究展开了一系列非常有趣,有价值,且细致巧妙的工作。
以专门针对NO自由基的检测方法研究为例,他们通过量子点表面分子工程方法,在量子点表面用二硫代氨基甲酸铁进行功能化,发现两者间因为发生荧光共振能量转移(FRET)从而量子点荧光被关灭。NO能与络合物的铁中心发生快速、选择性的还原配位反应生成NO加合物,阻断了FRET通道,从而打开量子点的荧光,呈线性关系。事实证明,与大部分其他荧光方法以NO的氧化产物间接检测NO自由基不同,该方法能够高选择性地直接检测NO自由基,不受HOCl、H2O2和NO2等其他活性氧的干扰。据此可以很方便地建立气相NO含量的检测方法,其荧光强度与NO含量具有线性关系。
通过类似的方法和原理,王素华团队还分别建立了对NO2,SO2,H2O2和HOCl等高选择性的turn-on荧光和近红外荧光分析方法,其中基于量子点的荧光开关检测NO自由基和气态NO2的turn-on荧光探针为首次报道,也可用于细胞的相关分析检测和成像分析。这些高选择性高灵敏的检测分析方法将为探索气态自由基和活性氧在雾霾形成过程中的作用提供了分析化学基础。
有了前期扎实的研究基础,王素华团队的研究势如破竹,一节一节地顺利展开来:通过量子点表面分子工程,他们实现了基于表面配位取代诱导的量子点开关,实现了三硝基甲苯和无机盐细微粒的高选择性和高灵敏度可视化检测;巧妙利用功能型有机探针与荧光碳点的相容性,再通过SO2与前者的特异性加成反应来调控FRET通道,构筑了高灵敏高选择性的SO2比率荧光检测体系。这些研究结果对于解决荧光分析领域中单一荧光元素难以实现多功能、多目标等关键问题提供了思路,也为深入探索大气雾霾中有害细微粒的形成机制与作用奠定了分析化学的方法基础,对于治理大气污染具有重要的科学意义。
“亮剑” 雾霾等污染
——尽显纳米科技魅力
“我不满意,我不想等待,我也不再推诿,我要站出来做一点什么。我要做的事,就在此时,就在此刻,就在此地,就在此生。”——看过央视知名记者柴静空气污染深度调查《穹顶之下》的人一定会对片末的这句话记忆深刻。她向世人展现了一名母亲、一个普通人向雾霾宣战的决心。而作为一名有责任感的科学家,王素华更是以实际行动为保护环境、扫除雾霾尽着自己的一份心力。对他来说,他要做的事情,同样也在此时此刻。因为紧迫,因为责无旁贷,所以“不需扬鞭自奋蹄”。
与大多数科学家一样,王素华有着一段漫长的学习历程:1992年于山东师范大学化学系获学士学位;1995年于中国科学院化学研究所获硕士学位;2001年于香港科技大学获博士学位;2001年-2003年获日本学术振兴会(JSPS)资助,在日本Himeji Institute of Technology (现University of Hyogo) 从事纳米技术的研究,2003年—2010年在新加坡国立大学从事敏感材料与检测分析的研究。2009年,王素华入选中科院“**计划”,加入中国科学院合肥物质科学研究院、中国科学院智能机械研究所纳米分析与生物化学传感器实验室。
从一名普通学校的大专生到成为一名走出国门的优秀研究学者,王素华的成长之路是一条让人钦佩的“奋发之路”,而这种积极向上的姿态,一直保持到他工作。
自走上研究之路,王素华长期从事光谱分析化学和物理化学的基础研究,一直都在积极探寻纳米材料的各种应用,致力于探索高灵敏高选择性的可视化荧光分析体系,在荧光光谱分析领域有了一定的积累。特别是近几年来开展了基于半导体量子点以及有机分子配合物的荧光光谱分析检测新原理新方法的研究,并取得了一些具有创新性的科研成果。包括发展了表面分子结构诱导的荧光共振能量转移的原理,提出了分子结构响应的荧光开关新概念,实现了高选择性敏感跟踪检测特定分析目标的原理与分析方法。通过进一步对其表面分子结构的专一化设计与功能修饰,分别建立了基于金属配合物或有机染料以及量子点纳米材料的荧光分析体系,已经在相关的研究领域取得一些工作积累和成绩。
因为意识到环境恶化的严峻性,近年来,王素华和他的研究同伴开始拿起自己手中掌握的纳米“武器”积极致力于纳米材料在环境保护中的应用研究。近5年,王素华先后承担了两项与大气污染物检测相关的国家自然科学基金,分别是“结构响应量子点荧光开关对NO自由基的直接选择性高灵敏检测(2010)”研究和“针对气相氮氧自由基和臭氧及其相互作用的荧光分析方法研究(2014)”,成果显著。2012年初,他与新加坡国立大学化学系的黄德健副教授合作,获国家自然科学基金委的“海外与港澳学者合作研究项目”资助,开展“大气污染物氮氧化物与二氧化硫的可视化检测方法研究”。这些项目的研究为王素华“亮剑”雾霾打开了“方便之门”。伴随着项目的深入开展,建立了几种针对不同气态污染物的检测新方法和探针体系,这些探针可以不依托于大型仪器,现场快速地检测相关的气态污染物,对环境保护与环境检测领域有着重要的实用价值。
“同呼吸共命运”,在这场人类与雾霾的战争中,没有人可以幸运地排除在外,唯有勇敢地承担。对冲在这场战役第一线的王素华团队来说,这份责任虽沉重但责无旁贷,拿起手中的科技武器,他坚定地继续朝前走。他相信,总能拨开雾霾,见晴天。
来源:科学中国人 2015年第9期
《自然》杂志以研究亮点报道智能所食盐新结晶形态研究成果
文章来源: 张淑东,关贵俭 发布时间: 2011-06-08
近来,中科院合肥物质科学研究院智能所张忠平研究员和王素华研究员领衔的研究团队在著名的国际化学期刊《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed)上发表了有关发现食盐新结晶形态的论文。该项工作引起了国内外化学科研工作者及国际著名期刊的广泛关注。6月2号出版的最新一期《自然》(Nature)杂志,在其报道重要研究进展的“研究亮点新闻”栏目中,以“水边缘的晶体”(Crystals on water’s edge)为题刊发了这一化学领域的研究新成果,并配以大幅照片(Nature, 474, 8, doi:10.1038/474008a)。这也是智能所的科研工作第一次引起《自然》杂志的关注和报道。
5月23日,专门报道化学及化工领域重要进展的美国化学会期刊《化学与工程新闻》(Chemical & Engineering News)也以“令人惊讶的晶体结构从餐桌上的食盐开始”(Crystallization: stunning structures spring from humble table salt)为题专题报道了该研究工作,并给予了高度评价(http://pubs.acs.org/cen/news/89/i21/8921notw7.html)。
《化学与工程新闻》期刊报道该成果