2022年CAIA獎一等獎：生物膜水合及相互作用的譜學電化學基礎研究
完成單位：中國科學院長春應用化學研究所
完成人：姜秀娥、武烈、賈瀟丹、甄文瑤、王超、李姍姍
成果簡介：隨著我國社會和經濟的發展，健康長壽已經成為人們的普遍需求。“健康中國”的國家重大戰略要求我們從更深層次認識生命過程，解析生命奧秘。生物膜廣泛存在細胞、細菌等生命體中，不僅是細胞的形態基礎，也是物質和信息交流傳遞的場所。作為生命之源的水，不僅是生物膜結構形成的基礎，更對生物膜功能的發揮具有非常重要的作用。因此，水合生物膜的研究對于生命過程的本質認識極為重要。該系列成果圍繞生物膜水合及其效應，以“建立新技術，發展新方法，揭示新原理”為層次不斷深入研究。首先，基于紅外光譜，創建了可原位實時免標記的表界面分析新技術，可化學特異性地同時檢測生物膜組分及界面水分子的微小結構變化，突破了傳統技術的限制；其次，進一步發展了與電化學聯用、與成像分析結合的新方法，并提出了免標記通用型“水探針”和電位離子雙重擾動的分析新策略，將傳統的“強干擾”轉變成“超敏感”的新探針；最后，基于新技術和新方法，探究了從仿生膜到活細胞生物膜的水合效應，揭示了膜界面過程的調控原理，實現了細胞凋亡的調控，為重大疾病的診治提供新思路。
創新點及科學價值：
（1）發展了真空表面增強紅外光譜，創建了水加強的表面增強紅外光譜（WSEIRS）新技術新方法，突破了傳統紅外光譜的技術瓶頸。
（2）發展WSEIRS與電化學聯用新技術及電位和離子雙重擾動分析新方法，發展免標記通用型“水探針”，揭示了水合雙層膜界面非共價相互作用力及調控原理，實現了細胞活性操控。
（3）WSEIRS與成像分析結合，揭示了納米尺度界面結構變化與生物膜響應的關系及化學機制；并基于這些機制實現了氧化還原微環境與結構水對細胞凋亡的精準調控，為構建腫瘤等重大疾病診治新策略提供指導。
社會經濟效益：
（1）該系列成果提供了生物膜水合及其效應研究的新方法，加深了對生物膜功能及其調控機制的認識，促進了相關學科的發展。
（2）該系列成果基于新原理，發展了細胞活性調控方法，提出了重大疾病診治新策略，對“健康中國”基本國策的實施有推動作用。
應用前景：
（1）本系列成果發展的真空電化學表面增強紅外裝置，，既可作為裝置單獨使用，也可作為光譜儀的功能附件配合使用，顯著拓展了傳統紅外光譜的功能性和應用范圍，具有轉讓潛力。
（2）該系列成果創建和發展的新技術新方法屬于表界面分析技術方法，可廣泛應用于電催化、能源化學、有機光電等領域，提供構效關系和催化機制解析途徑，助力“雙碳”目標的實現。
