龙亿涛

职务：博士生导师

联系电话： 025-89680349

办公地址：化学楼G224

电子邮箱： yitaolong@nju.edu.cn

个人简介

龙亿涛南京大学教授，长江学者(2012)，国家杰青(2011)。1989年本科毕业于山东大学，在南京大学获得硕士、博士学位。先后在德国Heidelberg大学、法国国立高等巴黎化学学院(ENSCP)、加拿大Saskatchewan和Alberta大学、美国加州大学伯克利分校从事研究工作。研究方向为纳米孔道单分子传感、光谱电化学限域测量、电分析仪器装置研制。主持了基金委创新研究群体(2015-2020)、重大科研仪器研制专项(2014-2018；2021-2025)和863重大项目课题等；负责科技部重点领域创新团队“单个体生命分析化学创新团队”；曾任ACS Sensors创刊副主编，现任Chemical Science、RESEARCH、《高等学校化学学报》副主编，Chemical Reviews，ChemElectroChem，《电化学》(顾问)编委等；被选为中国化学会会士、国际电化学会士；在Nat. Nanotechnol.(3), Nat. Chem., Nat. Protoc.(4), Nat. Methods.等期刊上发表SCI论文350余篇，SCI引用2万余次，H-index为79；获上海市自然科学一等奖，中国分析测试协会科学技术特等奖; 2018年获中国化学会分析化学基础研究梁树权奖，2023年获英国皇家化学会法拉第奖章(Faraday Medal)奖。

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工作经历

2019/1 – 至今南京大学教授

2007/09 – 2018/12 华东理工大学教授

2006/06 – 2007/09 美国加州大学Berkeley分校 Associate Specialist

2001/06 – 2006/06 加拿大Saskatchewan和Alberta大学 Research Associate

1999/05 – 2001/04 德国Heidelberg大学应用物理化学研究所博士后

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研究方向

Nanopore Electrochemistry

1. 生物单分子传感界面

单个具有纳米尺寸孔道的膜蛋白质分子，其孔道内壁含有各类氨基酸残基，可视为一个新型的单分子界面。运用定点突变技术可以在单分子界面的特定位置修饰特定的活性基团。孔道的内腔空间适配单个生物大分子的大小，为单分子检测提供了合适的限域空间。为了提高单分子分析的时间和空间分辨率，我们提出了一种基于Aerolysin膜蛋白质分子构建单分子界面的方法，并通过突变特定的氨基酸残基来提高界面与待测物间的相互作用，提高单分子分析过程的选择性和灵敏性。我们利用此方法合理设计和精确构建了一系列功能性单分子界面，并成功应用于核酸和多肽等生物分子的检测，单分子相互作用监测，生物单分子生命过程动态路径追踪。

本课题组代表性文章：

1. Chan Cao; Yi-Lun Ying; Zheng-Li Hu; Dong-Fang Liao; He Tian; Yi-Tao Long^*: Discrimination of Oligonucleotides of Different Lengths with a Wild-type Aerolysin Nanopore, Nat. Nanotech, 2016, 66.

2. Chao Cao, Meng-Yin Li., Nuria Cirauqui, Ya-Qian Wang, Matteo Dal Peraro*, He Tian, Yi-Tao Long*. Nat. Commun. 2018, 9, 2823-2831.

3.Xue-Yuan Wu; Ming-Bo Wang; Ya-Qian Wang; Meng-Yin Li; Yi-Lun Ying; Jin Huang; Yi-Tao Long*: Precise Construction and Tuning of an Aerolysin Single-Biomolecule Interface for Single-Molecule Sensing. CCS Chem, 2019, 1 304-312.

4. Yi-Lun Ying, Chan Cao, Yong-Xu Hu, Yi-Tao Long^∗: A single biomolecule interface for advancing the sensitivity, selectivity and accuracy of sensors. Natl Sci Rev. 2018, 5, 450-452.

5.Yi-Lun Ying, and Yi-Tao Long*; Nanopore-Based Single-Biomolecule Interfaces: From Information to Knowledge. J. Am Chem. Soc. 2019, 10.1021/jacs.8b11970.

2.光学纳米孔道

在传统纳米孔单分子电化学分析技术的基础上，提出光学纳米孔道，开发单分子水平上的光电同步分析系统。将皮安级的纳米孔道离子流信号与等离子体共振散射，单分子荧光，拉曼光谱等纳米光学信号进行结合，实时动态捕获微观时空尺度上单个分子的结构和功能动态变化信息，并可以高灵敏的追踪单分子水平的纳米弱相互作用信息。已成功制备金-氮化硅复合光电纳米孔道，发展了基于暗场散射纳米孔道的高通量，高时空分辨单体动态分析方法；以限域石英玻璃纳米孔道为传感器，实现聚集诱导发光动态过程可视化分析。

本课题组代表性文章：

1.Xin Shi.; Rui Gao.; Yi-Lun Ying.; Wei Si; Yun-Fei Chen; Yi-Tao Long*: An Integrated System for Optical and Electrical Detection of Single Molecule/Particles inside a Solid-State Nanopore. Faraday Discuss, 2015, 184, 85-99.

2. Xin Shi; Rui Gao; Yin-Lun Ying; Wei Si.; Yun-Fei Chen.; Yi-Tao Long*: A Scattering Nanopore for Single Nanoentity Sensing. ACS Sensors, 2016, 1 (9), 1086-1090.

3. Yi-Lun Ying; Yuan-Jie Li; Ju Mei; Rui Gao; Yong-Xu Hu; Yi-Tao Long*. Nat Commun, 2018, 9, 3657-3662.

3. 电化学限域锥形纳米孔道

以具有电化学有限域效应的石英纳米孔道作为分析工具，发展了纳米孔道单分子电化学检测技术。利用锥形纳米孔道的尖端电化学增强效应，实时动态捕获单分子，单颗粒，单细胞结构，功能变化信息。将金属纳米界面与孔道内电化学限域空间结合构建锥形孔道内单分子传感界面，制备了能够实时响应电化学过程的“无线”纳米孔电极，提出以离子流响应法拉第电流的信号放大机制，成功对电催化，单细胞内电子转移等动态过程实时追踪。

本课题组代表性文章：

1. Ru-Jia Yu; Si-Min Lu; Yuan-Jie Li; Su-Wen Xu; Qun Xu.; Yi-Lun Ying; Yi-Tao Long*: Single Molecule Sensing of Amyloid-β Aggregation by Confined Glass Nanopores. Chem Sci, 2019, DOI: 10.1039/C9SC03260F.

2. Rui Gao; Yao-Lin; Yi-Lun Ying; Yong-Xu Hu; Su-Wen Xu.; Lin-Qi Ruan.; Ru-Jia Yu.; Yuan-Jie Li; Hao-Wen Li; Lin-Fei Cui; Yi-Tao Long*: Wireless Nanopore Electrodes for Analysis of Single Entities. Nat. Protoc. 2019, 14, 2015-1035.

3. Ru-Jia Yu.; Yi-Lun Ying; Rui Gao; Yi-Tao Long*. Confined Nanopipette Sensing: From Single Molecules, Single Nanoparticle, to Single Cells. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 3706-3714.

4. 单分子反应

纳米孔（例如 Aerolysin）具有单分子容量、可重现的原子级精度、可控的纳米结构及界面，同时，单分子生物纳米孔的界面可以通过合适的突变方案调整至适合于反应的结构。这些特征利于实现对化学反应进行实时、无标记观测，可以获得稀有亚群、隐藏中间态及多维反应路径等信息，实现对复杂生物过程及反应的深度了解。在我们最近的工作中，将Aerolysin茎部238位点的赖氨酸突变为半胱氨酸，获得一个巯基残基，实时观测到半胱氨酸与5，5-二巯基-2-硝基苯甲酸之间的二硫键形成与断裂过程。

基于对单分子反应机理的理解限域及空间内的单分子反应结构与界面的可调性，可以实现单分子反应的构建。具有限域效应的生物纳米孔空间可以作为一个纳米反应器，提供增强的反应可能性、完全的选择性以及易于“定制”的界面，为单分子反应的构建提供可能。

本课题组代表性文章：

1.Yi-Lun Ying; Yi-Tao Long*: Nanopore-Based Single-Biomolecule Interfaces: From Information to Knowledge. J. Am. Chem. Soc. , 2019, 141, 15720-15729.

2. Kai-Pei Qiu; Tao Patrice Fato; Bo Yuan; Yi-Tao Long*. Small , 2019, 15, 1805426.

3. Bing Zhou; Ya-Qian Wang; Chan Cao; Da-Wei Li*; Yi-Tao Long*: Monitoring Disulfide Bonds Making and Breaking in Biological Nanopore at Single Molecule Level. Sci. China. Chem, 2018, 61, 1358-1388.

Single Nanoparticle Electro-optical Binding Analysis

1. 单颗粒碰撞电化学

针对微/纳界面电子传递过程精准测量这一研究需求，利用单颗粒随机碰撞电化学，结合自主开发高带宽、低噪音电流检测装置，建立单颗粒动态电化学动态分析系统，实现对纳米尺度下单个纳米粒子动态电化学行为进行实时、原位监测。实现了单颗粒碰撞过程动态运动轨迹追踪，定量获取了单颗粒本征性质（尺寸、催化性能等）。通过调控单个纳米颗粒与电极间弱相互作用，建立“表面限域单颗粒碰撞”新方法，实现溶液态中纳米颗粒混合物原位、快速、高通量的尺寸分析。利用半导体膜延时效应，建立单颗粒超灵敏光电化学分析方法，极大地提高了界面光电子的检测灵敏度，定量读取了单颗粒本征光催化性能，解析了电子在半导体膜中复合和传递路径及其动态扩散机制。

本课题组代表性文章：

1. Ma Ma; Hui Ma; He Tian*; Yi-Tao Long*: An Ultrasensitive Photoelectrochemical Platform for Quantifying Photoinduced Electrotransfer Properties of a Single Entity. Nat. Protoc. 2019, 14, 2672-2690.

2. Mahmoud Elsayed Hafez; Hui Ma; Wei Ma*; Yi-Tao Long*: Unveiling the Intrisic Catalytic Activities of Single Gold Nanopoarticle-based Enzyme Mimetrics. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 131, 6393-6398.

3. Hui Ma.; Wei Ma; Jian-Fu Chen; Xiao-Yuan Liu; Yue-Yi Peng; Zhe-Yao Yang; He Tian*; Yi-Tao Long. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 5272-5279.

4. Yue-Yi Peng; Hui Ma; Wei Ma*; Yi-Tao Long; He Tian*: Single-Nanoparticle Photoelectrochemistry at a Nanoparticulate TiO2-Filmed Untramicroelectrode. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 3758-3762.

5.Wei Ma; Hui Ma; Jian-Fu Chen; Yue-Yi Peng; Zhe-Yao Yang; Hai-Feng Wang; He Tian*; Yi-Tao Long*:Tracking Motion Trajectories of Individual Nanoparticles Using Time-resolved Current Traces. Chem. Sci. 2017, 8, 1854-1861.

Instrument design and bigdata

1. 仪器设计

传统纳米孔道分析仪器中的寄生电容、输入电容、以及电压输出端引入的噪音限制了仪器检测信号时空分辨率进一步提高。为突破上述局限，我们提出低失调电流、高阻抗反馈结合的电流放大方法，开发了用于高时空分辨单分子分析的纳米孔道分析装置。进一步，为实现纳米孔道检测仪器的便携化，高通量，实时动态分析等技术特点，正在开发集成化阵列纳米孔道电化学分析设备，使得纳米孔道检测仪器具有高带宽采集、高通量采集、高速处理和精准分析等优势。此外，所开发的纳米孔道检测仪器也有望应用于其他基于微弱电流信号的单分子、单颗粒和单细胞研究中，如单颗粒电化学碰撞分析和细胞内电化学过程信息捕获，进一步拓宽纳米孔道检测仪器的适用范围。

2. 大数据分析

纳米孔道技术的是近年来逐渐兴起的一种高效的单分子检测技术，单个分子或者单个相互作用事件的信息被独立的记录在了一个个特征的离子电流信号中，大量且种类繁多的单分子生成了海量的数据，使得越来越多的研究聚焦于基于纳米孔的大数据分析。传统的纳米孔道数据信息通过阻断电流，阻断时间来得到，但更多的信息被隐藏在电流的噪音中。由于单分子的异质性，使得单分子事件的信息通常具有个性的特征，但同时又具有在同一群体分布内的关联性。通过提取纳米孔道单分子信号的相关变量信息，例如频域分析、隐马尔可夫模型和马尔可夫链模型等方法，我们可以实现单分子的相互作用研究，揭示生物大分子构象的转换路径和折叠动力学过程等。随着信号多维信息的深度挖掘，传统的回归、相关分析方法难以继续有效挖掘这些变量之间的关系，此外这些基于特征工程构建的方法所实现的数据内在逻辑的挖掘多数时候是有限的。深度学习使得更全面的分析纳米孔道数据信息成为了可能，通过构建针对特定变量的深度神经网络模型，可以获得具有特定功能的检测模型。例如，针对时间-电流等一次信息构建的循环神经网络（RNN）模型可以实现特定类型的单分子的精准识别，从而实现DNA、蛋白质等单分子的高通量实时检测；针对单分子相互作用的时频图谱等二次信息构建的卷积神经网络（CNN）可以实现信号特征频率信息的发掘，进而揭示纳米孔内隐含的单分子相互作用信息。

本课题组代表性文章：

1. Yi-Lun Ying, Shao Chuang Liu, Xin Shi, Wei-Hua Li, Yong-Jing Wan, Yi-Tao Long*, The Hidden Transition Paths During the Unfolding of Individual Peptides with a Confined Nanopore. 2018, ChemRxiv. https://doi.org/10.26434/chemrxiv.6394925.v1

2. Shao Chuang Liu, Meng-Yin Li, Meng Li, Ya-Qian Wang, Yi-Lun Ying, Yong-Jing Wan, Yi-Tao Long*, Measuring a Frequency Spectrum for the Single-Molecule Interactions with A Confined Nanopore, Faraday Discuss., 2018, 210, 97-99.

3. Zi-Xuan Wei, Yi-Lun Ying*, Meng-Yin Li, Jie Yang, Jia-Le Zhou, Hui-Feng Wang*, Bing-Yong Yan, Yi-Tao Long, Learning shapelets for improving the single-molecule nanopore sensing, Anal. Chem., 2019, 91, 10033-10039.

4. Jian-Hua Zhang*, Xiu-Ling Liu, Yi-Lun Ying*, Yi-Tao Long: Intelligent identification of multi-level nanopore signatures for accurate detection of cancer biomarkers. Chem. Commun, 2017, 53, 10176-10179.

5. Zhen Gu, Yi-Lun Ying, Chan Cao, Pin-Gang He, Yi-Tao Long*: Reply to comment on “Accurate data process for nanopore analysis. Anal. Chem. 2015, 87, 10653-10656.

6. Rui Gao, Yi-Lun Ying, Bing-Yong Yan, Yi-Tao Long*: An Integrated Current Measurement System for Nanopore Analysis. Chin. Sci. Bull. 2014, 59, 4968-4973.

学术成果