完成单位：中国科学院长春应用化学研究所

完成人：姜秀娥、武烈、贾潇丹、甄文瑶、王超、李姗姗

成果简介：随着我国社会和经济的发展，健康长寿已经成为人们的普遍需求。“健康中国”的国家重大战略要求我们从更深层次认识生命过程，解析生命奥秘。生物膜广泛存在细胞、细菌等生命体中，不仅是细胞的形态基础，也是物质和信息交流传递的场所。作为生命之源的水，不仅是生物膜结构形成的基础，更对生物膜功能的发挥具有非常重要的作用。因此，水合生物膜的研究对于生命过程的本质认识极为重要。该系列成果围绕生物膜水合及其效应，以“建立新技术，发展新方法，揭示新原理”为层次不断深入研究。首先，基于红外光谱，创建了可原位实时免标记的表界面分析新技术，可化学特异性地同时检测生物膜组分及界面水分子的微小结构变化，突破了传统技术的限制；其次，进一步发展了与电化学联用、与成像分析结合的新方法，并提出了免标记通用型“水探针”和电位离子双重扰动的分析新策略，将传统的“强干扰”转变成“超敏感”的新探针；最后，基于新技术和新方法，探究了从仿生膜到活细胞生物膜的水合效应，揭示了膜界面过程的调控原理，实现了细胞凋亡的调控，为重大疾病的诊治提供新思路。

创新点及科学价值：

（1）发展了真空表面增强红外光谱，创建了水加强的表面增强红外光谱（WSEIRS）新技术新方法，突破了传统红外光谱的技术瓶颈。

（2）发展WSEIRS与电化学联用新技术及电位和离子双重扰动分析新方法，发展免标记通用型“水探针”，揭示了水合双层膜界面非共价相互作用力及调控原理，实现了细胞活性操控。

（3）WSEIRS与成像分析结合，揭示了纳米尺度界面结构变化与生物膜响应的关系及化学机制；并基于这些机制实现了氧化还原微环境与结构水对细胞凋亡的精准调控，为构建肿瘤等重大疾病诊治新策略提供指导。

社会经济效益：

（1）该系列成果提供了生物膜水合及其效应研究的新方法，加深了对生物膜功能及其调控机制的认识，促进了相关学科的发展。

（2）该系列成果基于新原理，发展了细胞活性调控方法，提出了重大疾病诊治新策略，对“健康中国”基本国策的实施有推动作用。

应用前景：

（1）本系列成果发展的真空电化学表面增强红外装置，，既可作为装置单独使用，也可作为光谱仪的功能附件配合使用，显著拓展了传统红外光谱的功能性和应用范围，具有转让潜力。

（2）该系列成果创建和发展的新技术新方法属于表界面分析技术方法，可广泛应用于电催化、能源化学、有机光电等领域，提供构效关系和催化机制解析途径，助力“双碳”目标的实现。