生物膜内腐蚀微生物的代谢活性直接决定了其加速腐蚀的程度，而开展生物膜内代谢活性原位测定的研究面临着两大难题，一是如何在复杂的生物膜体系中特异性的识别目标微生物的代谢活性，二是如何保证识别材料和信号反馈在生物膜内的有效传输。目前已有的代谢活性测定方法主要采用体系物质分析法和微电极测试法，但这两类方法均无法原位连续的解析生物膜内部微生物代谢活性的变化，并且操作复杂、容易受干扰，在微生物腐蚀研究中的应用受到了很大受限。
针对以上问题，该项工作创新性地开发了全固态离子选择性微电极、代谢活性荧光成像探针和活性分子高精确检测方法，解决了复杂生物膜内信号漂移和反馈干扰的难题，明确了测定的特异性传感机制，实现了生物膜内微生物活性状态的原位、实时测定，初步分析了不同基底材料表面生物膜活性的动态演变规律。具体研究内容包括：1）构建了可包埋在生物膜内的的全固态离子选择性微电极，利用石墨烯离子/电子转换层实现了电极传感界面离子与电子的快速转换，摆脱了内充液对电极基底尺寸和韧性的束缚，解决了选择性电极微型化的难题；采用热力学驱动的电位测试模式，降低了生物膜覆盖产生的信号影响。2）设计并合成了基于邻硝基苯基团识别的特征代谢产物荧光成像探针，利用腐蚀产物的还原性，实现了荧光发射信号的高效激活；同时借助荧光探针的近红外发射、成像能力，降低了生物膜内自发荧光成分的干扰，为解析生物膜内代谢活性的空间分布提供了可靠工具。3）开发了适用于不同生物膜体系的活性分子高精度测试方法，以微生物代谢所需的ATP分子为活性指示分子，借助磁驱抗菌肽的磁控裂解性能和适配体/ZIF-90双识别策略，排除了生物膜中胞外残留ATP分子和结构类似物ADP的干扰，引入了CRISPR编辑酶、核酸剪切酶等先进体系放大反馈信号，提升了生物膜体系活性分子精确测定的灵敏度，实现了生物膜内靶标分子的高灵敏度、快速测定。
 

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