2022年8月,我们通过调控分子内氢键的量子干涉实现了对硝基苯爆炸物传感检测,相关研究成果以“Single-Molecule Tunneling Sensors for Nitrobenzene Explosives”为题发表于国际学术期刊Analytical Chemistry上,并被评选为当期封面论文。
该工作通过单分子尺度弱相互作用事件发生的概率来检测目标分析物随浓度的变化,进而探究单分子传感器的灵敏度。同时利用谱聚类算法对探针分子和自组装体信号进行分类,揭示了不同电导状态下分子结的形成概率可以用于纳米间隔内不同化合物的定量检测,以此进一步实现硝基苯爆炸物的定量分析。探针分子与不同目标分析物通过分子间相互作用结合前后分子结电导会发生显著不同的变化,这为多种目标分析物的选择性检测提供了可能。通过理论计算探究探针分子与硝基苯爆炸物分子之间的静电相互作用变化,揭示了这些探针对八种不同的硝基苯爆炸物分子具有高选择性的原因是探针分子与硝基苯类衍生物分子之间的结合能存在差异。
图1 论文TOC:探针分子和三硝基甲苯超分子结示意图(左)和对应的电学表征结果(右)
论文投稿过程比较顺利。我们于 2022年4月16日投稿至Analytical Chemistry,2022年6月2日收到返修意见。随后,补充实验和理论计算,2022年7月13日返回审稿意见, 2022年8月16日文章确认接收。
我(余培锴)主要负责设计和进行实验;陈力川博士主要负责理论模拟和计算分析;博士后胡勇(现就职于湘潭大学)和张彦曦副教授负责实验指导和文章修改。大家在各自擅长的方向发挥优势,合理高效地解决研究过程中遇到的种种困难。现在很多研究工作都需要跨学科合作,课题组组内和组间相互配合,研究工作才能博采众长。
对于探针分子的标准曲线和检测限的数据处理方式,传感器研究领域的文献几乎都是用峰强度来表现。但是用高斯拟合分峰明显不太适合用于裂结技术作为表征手段下的检测限测定。因此,洪老师建议可以用聚类程序试试,我们以此为线索通过不断探究得出了合适的检测限数据处理方法。对于贯穿整个工作的传感器检测限部分的难题,得益于一次次的讨论才使得文章的方向和脉络一点点变得清晰。对于研究中的数据挖掘部分,由于缺乏相应的知识点架构,不能很好地和自己的研究方向融会贯通,一度让研究工作面临颇多坎坷。幸得洪老师和各位合作者的宝贵建议,几经摸索后终将不同研究领域的方法融合,解决了单分子传感器的灵敏度问题。
平时做实验的时候一定要有耐心,对于探针分子加入硝基苯衍生物的单独实验,我重复了5~6次平行实验,以此保证实验数据的准确性和可重现性。作为最能直观表现研究内容的文章的示意图和TOC,务必反复凝练修改,让审稿人能抓得住该研究的创新点和亮点,有助于提高审稿人对文章的认可度。
AC的审稿周期约为六周,一方面,我们对于审稿人的每一条建议都要认真揣摩并认真回复,如需补充实验的一定不要懒惰,用实验数据说话比引用他人文献观点更有说服力。另一方面,需要很规范地回复审稿意见,该有的学术态度要摆出来。胡勇师兄在帮助修改审稿意见的时候也非常强调和注重学术态度问题,有需要补充的实验数据和理论计算一个都不能少。最终,我们的审稿意见在第一轮就得到了审稿人认可,文章得以顺利接收。
最后,感谢洪文晶老师、张彦曦老师与杨扬老师对课题的细心指导和谆谆教诲,感谢胡勇师兄、力川师兄和世强师兄的通力协作,感谢π-Lab为我们提供了优秀的科研平台。祝课题组未来势如破竹、如日中天。
[1] Yu, Peikai; Chen, Lichuan; Zhang, Yanxi; Zhao, Shiqiang; Chen, Zhixin; Hu, Yong*; Liu, Junyang; Yang, Yang; Shi, Jia; Yao, Zhiyi; Hong, Wenjing*, Single-Molecule Tunneling Sensors for Nitrobenzene Explosives. Anal. Chem., 2022, 94, 35, 12042–12050.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.2c01592