近日，東南大學(xué)集成電路學(xué)院孫立濤教授團(tuán)隊(duì)在原子制造領(lǐng)域取得重要突破，通過精準(zhǔn)調(diào)控單原子間距，成功開發(fā)出一種新型傳感器，其痕量尿酸（UA）檢測靈敏度較傳統(tǒng)技術(shù)提升近兩個(gè)數(shù)量級。相關(guān)研究成果以“Three-Electron Uric Acid Oxidation via Interdistance-Dependent Switching Pathways in Correlated Single-Atom Catalysts for Boosting Sensing Signals”（精準(zhǔn)調(diào)控單原子催化劑間距實(shí)現(xiàn)尿酸三電子轉(zhuǎn)移增強(qiáng)傳感信號）為題發(fā)表在國際期刊“Angewandte Chemie International Edition”（《德國應(yīng)用化學(xué)》）上，并被選為非常重要論文（Very Important Paper）和內(nèi)封底論文（Inside Back Cover）。

痛風(fēng)等代謝疾病的早期篩查依賴于痕量尿酸的精準(zhǔn)檢測，但傳統(tǒng)傳感器因靈敏度低、響應(yīng)速度慢，難以滿足快速分析需求。單原子催化劑憑借近100%的原子利用率和獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)在電化學(xué)傳感領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。然而，傳統(tǒng)單原子催化劑因催化原子隨機(jī)分布，導(dǎo)致活性位點(diǎn)孤立、電子轉(zhuǎn)移效率低、催化反應(yīng)遲緩，在痕量尿酸檢測中存在“測不準(zhǔn)、測不快”的瓶頸。針對這一難題，孫立濤團(tuán)隊(duì)提出創(chuàng)新策略：利用分子鑷子固定兩顆催化原子的間距，通過精確調(diào)控雙核中釕單原子的間距，促使相鄰釕原子間形成協(xié)同催化效果，實(shí)現(xiàn)了檢測靈敏度兩個(gè)數(shù)量級的提升。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)原子間距縮短至6.2埃時(shí)，雙核釕單原子催化劑觸發(fā)尿酸的三電子氧化反應(yīng)（傳統(tǒng)為兩電子），大幅降低反應(yīng)能壘，顯著提升信號強(qiáng)度，突破了痕量檢測的技術(shù)壁壘。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將這一技術(shù)集成至柔性可穿戴傳感器，用戶佩戴后可通過藍(lán)牙將汗液中尿酸數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步至手機(jī)端，動(dòng)態(tài)追蹤代謝狀態(tài)。該技術(shù)可拓展至血糖、乳酸等多種生物標(biāo)志物的精準(zhǔn)監(jiān)測，推動(dòng)慢性病早期預(yù)警和個(gè)性化醫(yī)療發(fā)展。

東南大學(xué)博士生江博文為論文的第一作者，東南大學(xué)尹奎波教授和孫立濤教授為共同通訊作者，東南大學(xué)為唯一通訊單位。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和江蘇省研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃等的資助。