纳米孔道电化学是一种非标记、高通量、高分辨的单分子分析方法。生物纳米孔道通过构建与单个分子尺寸相匹配的单个蛋白质分子界面，电化学限域捕获单个分子。由于空间占位效应以及单个分子与孔道之间的相互作用，导致纳米孔道限域空间内离子流量发生改变，通过解析产生的皮安培(pA)级瞬态离子电流信号，从而获取分子个体的种类、结构、动态行为等信息，现已在科学研究、基因检测中得到广泛应用。

将发展迅速、具有重大推广前景的前沿科学技术及时介绍给本科学生、转化为本科教学内容，保持课程内容先进性是化学化工学院“仪器分析实验”课程建设的一项重要任务。化学化工学院龙亿涛团队努力实践，遵照对教育工作者提出的“以本为本，四个回归”的要求，应佚伦教授、胡正利博士等团队成员结合团队在纳米孔道单分子测量方面所取得的国际先进成果，积极加入到南京大学设立的“科研融合型”高阶综合设计实验课程教改项目研究中。在化学国家级实验教学示范中心张剑荣教授的指导下，和余晓冬副教授、孔璇凤老师紧密合作，依托南京大学化学实验教学中心，通过构建高稳定性生物纳米孔道、发展高抗干扰能力的微弱电流检测装置、建立高重现性实验方法，设计出一套在本科化学实验室可进行单分子分析的实验装置和原理方法，使得本科学生在实验课堂上通过离子流差异性测量即能从混合样品中对具有一个碱基差异的poly(dA)₄和poly(dA)₅分子进行逐一识别。 

图1：纳米孔道单分子电化学测量原理与主要实验步骤

    “仪器分析实验”是化学类专业的核心平台课程，也是南京大学化学实验教学中心为生物、环化、地学及匡亚明基础学院等本科学生开设的基础课之一，包含有基础实验和设计实验两类实验项目。它的基本任务是通过实验培养学生的动手、观察、思考、交流以及团队合作能力。龙亿涛团队基于前沿科研成果，将化学、生物、信息等知识交叉融合，以兴趣为导向，引导并鼓励学生主动学习、灵活思考、打破常规科研视角，激发科研潜能，学生通过自己设计和自主实验，从不同角度建立基础实验教学与科学研究之间的联系，实现了课堂教学与前沿研究并轨。课程把“教、学、行、思、辩“的教学方法应用于学生创新思维培养的教学目标，同时也培养了学生的科研兴趣、知识应用能力和解决问题能力，为学生今后的科研学习和工作打下基础；在自主设计仪器分析实验课程的建设与改革方面，对创新型复合人才培养迈出重要一步。

图2：纳米孔道单分子实验学习与课堂讨论

该课程项目获得了南京大学“科研融合型”高阶实验课程培育项目经费资助，相关教学成果以“A Course of Hands-on Nanopore Experiments for Undergraduates: Single-Molecule Detection with Portable Electrochemical Instruments”为题，近期发表在美国化学会化学教育杂志《Journal of Chemical Education》上(J. Chem. Educ. 2020, DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.0c00389)。

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jchemed.0c00389

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