中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室姜秀娥

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姜秀娥，中国科学院长春应用化学研究所研究员，博士生导师。2005年从中国科学院长春应用化学研究所获博士学位。2006-2008在德国比勒费尔德大学做洪堡学者。2008-2010在德国乌尔姆大学做博士后。2010年9月任中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室研究员。研究方向是基于红外光谱电化学开发免标记方法对纳米-生物界面的相互作用进行原位、实时分析，通过获取相互作用机理，调控纳米生物效应，发展分析检测及肿瘤治疗新方法。目前已在Proc. Natl. Acad. Sci. USA.，J. Am. Chem. Soc.，ACS Nano，Anal. Chem.等刊物发表文章58篇。


姜秀娥　研究员
博士生导师
个人主页：http://skleac.ciac.jl.cn/cn/dxamtla/member/jxe/index.htm
房间号：无机分析楼504室
电话：0431-85262069
E-mail：jiangxiue@ciac.jl.cn
教育和工作经历
2010.9-今：电分析化学国家重点实验室，研究员，博士生导师
2010.01~2010.04：德国Karlsruhe技术研究所博士后
2008.06~2009.12：德国Ulm大学博士后
2006.04~2008.05：德国Bielefeld大学洪堡学者
2002.09~2005.12：中国科学院长春应用化学研究所，电分析化学国家重点实验室博士学位
1999.09~2002.07：东北师范大学，化学系分析化学硕士学位
1995.09~1999.07：辽宁石油化工大学，石油化工系学士学位
主要荣誉
2005：中国科学院宝洁优秀博士生, 中国科学院
2006-2008：德国亚历山大洪堡奖学金, 德国亚历山大洪堡基金会
2013：国家优秀青年基金获得者，国家自然科学基金委
2013：吉林省三八红旗手，吉林省
2014：吉林省中青年领军人才及创新团队，吉林省
2015：全国五一巾帼标兵，中华全国总工会
研究资助
国家自然科学基金面上基金，吉林省科技厅国际合作项目，吉林省中青年科技创新领军人才及创新团队项目，中科院前沿科学重点研究项目
研究方向
1. 纳米生物效应的分子机理
纳米技术所引起的生物效应已引起了各国政府的高度关注，是国际科学前沿，也是与人类健康和生活密切相关的重要社会问题。因此，纳米生物效应的研究属于国家需求和科学前沿交汇点上的创新研究领域。目前已发现纳米材料生物毒性的一系列现象，但其作用机制还不清楚。我们将荧光共聚焦显微镜与表面增强红外光谱结合起来，在可视化研究纳米生物相互作用的同时，获取其生物效应的分子机理。
2. 仿生膜界面分子结构及弱相互作用
细胞膜是细胞的天然能垒。细胞的很多功能，如营养物质的摄入及与外界环境进行物质交换、能量转运和信息传导均涉及到物质进出细胞膜及与细胞膜的相互作用。因此，研究和生物膜相关的生物过程对于理解生命本质及揭示某些疾病的致病机理尤为重要。表面增强红外光谱技术利用纳米结构金属薄膜的电磁性质来增强分子的红外振动吸收，是一种特别灵敏的表面检测技术。对于生理条件下界面过程的研究，样品在表面富集过程可以取代界面吸附的水分子，基于表面增强红外光谱的光学近场效应，不仅可以极大消除水的影响，同时也可以根据水分子极强的中红外区吸收变化研究作用机理。因此，表面增强红外光谱具有原位、实时、免标记、分子水平等优势。相较于生命体系对表征技术有时间、空间、非介入性等要求，是非常适合的研究方法。我们主要采用表面增强红外光谱电化学研究了物质与模拟生物膜相互作用，揭示作用过程的分子结构、作用力及动力学。
3. 智能半导体纳米材料的生物应用
以纳米生物效应的研究结果为指导，合成生物相容性好的半导体纳米材料，实现细胞分子水平上的高灵敏、高精确度的分析检测，同时以成像分析为指导，利用纳米粒子作为载体，进行药物在生物体内的运输，再结合其他功能，如光疗可实现对疾病的多模式治疗。
代表性研究成果介绍
1. 纳米生物界面相互作用
    纳米技术所引起的生物效应已引起了各国政府的高度关注，不仅是国际科学前沿，也是与人类健康和生活密切相关的重要社会问题。因此，纳米生物效应的研究属于国家需求和科学前沿交汇点上的创新研究领域。
   我们将荧光共聚焦显微镜与表面增强红外光谱结合起来，以荧光共聚焦显微镜的研究结果为基础，发展红外光谱电化学方法免标记研究纳米材料与模拟细胞膜相互作用，获取其相互作用过程细胞膜结构变化的化学信息，从分子水平阐述相互作用的机制，进而揭示不同材料的溶血机理。我们系统研究了半导体量子点及石墨烯衍生物与血细胞的相互作用。研究发现：两性配体修饰的粒径为8 nm的半导体量子点具有穿膜能力且不会诱导膜孔生成，但是渗透过程改变了磷脂双层膜构象使其变得更加无序柔韧。对于羧基修饰的半导体量子点，溶血是由于量子点与磷脂的磷酸发生配位并使磷酸二酯键断裂而导致的。石墨烯氧化物对血细胞也有明显的溶血效应，但是却是源于石墨烯氧化物对磷脂的抽提效应。相关研究分别发表在ACS Nano（2012, 6, 1251–1259）、ACS Appl. Mater. Interfaces（2013, 5, 1190–1196；2015, 7，129–136）及Toxicol. Res.（2015, 4, 885–894）上。
    我们将表面增强红外光谱极大的增强效应与水分子极强的中红外区吸收相结合，发展灵敏的分析方法，通过检测石墨烯氧化物(GO)诱导的界面水变化和磷脂膜差谱变化深入揭示了GO与磷脂膜之间的弱相互作用力。研究发现，GO与磷脂之间存在静电排斥、静电吸引、氢键及疏水作用，这些弱相互作用的相互平衡导致了GO的吸附，在大量吸附后，GO会对磷脂有抽提作用而导致很强的细胞毒性，如溶血。相关工作发表在 J. Am. Chem. Soc. (2015, 137, 10052–10055.)上。系列文章发表后，受到国际同行关注，被Chem. Soc. Rev.，Curr. Drug Metab.，ACS Nano等杂志上的综述文章引用及评论，并受Anal. & Bioanal. Chem.杂志邀请，撰写了纳米生物膜相互作用的研究综述一篇（2016, 408, 2743–2758）。
    我们以纳米TiO2和细胞色素c为模型纳米材料和模型蛋白，利用表面增强红外光谱电化学首次揭示了蛋白与纳米材料发生弱相互作用后，脱附的蛋白发生了不同的构象变化，揭示了不同构象变化的蛋白与配体结合的作用动力学有显著的差异。这个工作首次揭示了纳米生物效应的异质性特征，研究成果发表在Anal. Chem.（2017, 89: 2724-2730）。基于表面增强红外光谱电化学的显著特点，我们进一步揭示了磷脂-蛋白相互作用诱发的生物效应的异质性特征，提出了不同相互作用力诱导的蛋白-磷脂结合模式及调控机制，研究结果发表在美国化学会Anal. Chem.（2016, 88, 11727−11733）上。
2.成像分析指导的肿瘤治疗
    近年来对癌细胞的生物学特征研究显示，实体肿瘤内部处于缺氧状态，这种缺氧状态不但可导致癌细胞对放疗及化疗产生耐受性，同时可促进癌细胞的分化和转移。因此，调控肿瘤细胞内活性氧水平对于抑制癌细胞的分化和转移，提高放疗及化疗的治疗效果是非常重要的。基于成像分析指导的肿瘤内部增氧策略与放化疗结合治疗，是癌症治疗的新思路。
我们利用酸性环境中MnO2可以催化氧化过氧化氢产生氧气，同时被还原成二价Mn离子的特性，采用室温还原方法在SiO2-MB内核表面形成智能MnO2壳。MnO2壳层一方面防止光敏剂（MB）的泄露，显著提高MB血液循环半衰期和肿瘤内部富集量；另一方面进入癌细胞后，响应于酸性pH值，壳层催化增氧强化光动力治疗效果，产生的Mn离子可用于肿瘤MRI成像及检测。实现成像指导下肿瘤的精准治疗。相关研究成果发表在Adv. Funct. Mater.（2017, 27, 1604258）上。
    我们通过将负载光敏剂的复合材料定位到对活性氧敏感的线粒体解决了单线态氧半衰期短和作用区域有限的问题。复合材料定位到线粒体后，铁配位氮化碳纳米梭催化过氧化氢变成氧气，实现增氧的光动力治疗；线粒体内活性氧的增加加速线粒体功能异化，进一步进一步促进细胞消亡；引入的Fe（III）除了通过芬顿反应增氧外，还具有MRI造影能力,可进行活体肿瘤成像。相关研究成果发表在Small（2016, 12, 5477-5487）上。
主要代表性论文
    在SCI期刊共发表论文70篇，以第一作者和通讯联系人在Proc. Natl. Acad. Sci. USA, J. Am. Chem. Soc., ACS Nano, Adv. Funct. Mater., Anal. Chem.等著名刊物发表文章56篇，所发表的文章被Nat. Mater., Chem. Rev.等SCI杂志他引1776次，近五年他引1200次；受邀撰写学术专著1章，综述3篇。
1. Li Liu, Li Zeng, Lie Wu, and Xiue Jiang*. Revealing the effect of protein weak adsorption to nanoparticles on the interaction between the desorbed protein and its binding partner by surface-enhanced infrared spectroelectrochemistry. Analytical Chemistry, 2017, 89 (5): pp 2724–2730.
2. Zhifang Ma, Xiaodan Jia, Jing Bai, Yudi Ruan, Chao Wang, Jianming Li, Mengchao Zhang*, and Xiue Jiang*. MnO2 gatekeeper: an intelligent and O2-evolving shell for preventing premature release of high cargo payload core, overcoming tumor hypoxia, and acidic H2O2-sensitive MRI. Advanced Functional Materials, 2017, 27(4): 1604258.
3. Li Zeng, Lie Wu, Li Liu, and Xiue Jiang*. Analyzing structural properties of heterogeneous cardiolipin-bound cytochrome c and their regulation by surface-enhanced infrared absorption spectroscopy. Analytical Chemistry, 2016, 88(23): pp 11727−11733.
4. Zhifang Ma, Mengchao Zhang, Xiaodan Jia, Jing Bai, Yudi Ruan, Chao Wang, Xuping Sun, and Xiue Jiang*. Fe(III)-doped two-dimensional C3N4 nanofusiform: a new O2-evolving and mitochondria-targeting photodynamic agent for MRI and enhanced antitumor therapy. Small, 2016, 12(39): pp 5477–5487.
5. Lie Wu, Li Zeng, and Xiue Jiang*. Revealing the nature of interaction between graphene oxide and lipid membrane by surface-enhanced infrared absorption spectroscopy. Journal of the American Chemical Society, 2015, 137(32): pp 10052−10055.
6. Jing Bai, Yuwei Liu, and Xiue Jiang*. Multifunctional PEG-GO/CuS nanocomposites for near-infrared chemo-photothermal therapy. Biomaterials, 2014, 35(22): pp 5805-5813.
7. Jing Bai, and Xiue Jiang*. A facile one-pot synthesis of copper sulfide-decorated reduced graphene oxide composites for enhanced detecting of H2O2 in biological environments. Analytical Chemistry, 2013, 85(17): pp 8095–8101.
8. Tiantian Wang, Jing Bai, Xiue Jiang*, and G. Ulrich Nienhaus. Cellular uptake of nanoparticles by membrane penetration: a study combining confocal microscopy with FTIR spectroelectrochemistry. ACS Nano, 2012, 6(2): pp 1251-1259.
9. Xiue Jiang, Carlheinz Rocker, Margit Hafner, Stefan Brandholt, Rene M. Dorlich, and G. Ulrich Nienhaus*. Endo- and exocytosis of zwitterionic quantum dot nanoparticles by live HeLa cells. ACS Nano, 2010, 4(11): pp 6787-6797.
10. Xiue Jiang, Martin Engelhard, Kenichi Ataka*, and Joachim Heberle. Molecular impact of the membrane potential on the regulatory mechanism of proton transfer in sensory rhodopsin II. Journal of the American Chemical Society, 2010, 132(31): pp 10808-10815.
11. Xiue Jiang#, Eksteruns Zaitseva#, Michael F. G. Schmidt, Martin Engelhard, Friedrich Siebert, Schlesinger Ramona, Kenichi Ataka*, Reuner Vogel, and Joachim Heberle*. Resolving voltage-dependent structural changes of a membrane photoreceptor by surface-enhanced IR difference spectroscopy. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), 2008, 105(34): pp 12113-12117.
申请及授权专利情况
1. 曹凤娟，姜秀娥。一种提高表面增强红外吸收光谱的增强因子的方法，授权专利。
2. 姜秀娥，安宅慧一Kenichi Ataka，白静。一种红外光谱仪反射附件，授权专利。
3. 姜秀娥，马志方，白静，贾潇丹。一种C3N4纳米复合材料、制备方法及其应用，申请专利。
4. 姜秀娥，白静，贾潇丹。一种Bi2Te3二维纳米片、其制备方法及应用，申请专利。
研究组人员概况
白静（助理研究员）：2011年在东北师范大学博士学位，同年进入中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室从事博士后研究，2013年博士后出站后留组工作。目前主要从事新型多功能纳米材料协同用于肿瘤的治疗的研究。
武烈（助理研究员）：2016年在中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室获得博士学位，同年留组工作。目前主要从事纳米生物界面相互作用研究。
贾潇丹（研究实习员）：2013年毕业于吉林大学，获学士学位。2014年应聘到中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室工作。目前主要从事智能半导体纳米材料的生物应用研究。
在读研究生7人，其中博士生3人，硕士生3人
曾丽(D3), 曹凤娟(D2), 阮瑜迪(D1), 王超(M3), 张晓菲(M2), 甄文瑶(M1)

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中科院长春应化所姜秀娥研究员课题组报道了Cu-TCPP纳米片超薄二维金属有机骨架可以在肿瘤微环境中选择性地产生1O2，首先是酸性H2O2将TCPP配体过氧化，然后在具有过氧化物酶性质的纳米片和Cu2+的作用下被还原为过氧自由基，最后会发生基于Russell机制的自发重组反应。而且纳米片还可以消耗GSH。因此，Cu-TCPP纳米片可以高效地选择性地破坏肿瘤，证明其是克服目前光动力疗法限制的一种有效方式。该成果以题为" Specifically Generation of Singlet Oxygen via Russell Mechanism in Hypoxic Tumor and GSH Depletion by Cu‐TCPP Nanosheets for Cancer Therapy "发表在国际著名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。

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中国科学院长春应用化学研究所姜秀娥团队针对以上问题，制备了氧化铱纳米粒子，其具有光动力效果，声动力效果，还具有过氧化氢酶活性，可以响应肿瘤组织中过表达的过氧化氢产生氧气，克服肿瘤缺氧并进一步下调缺氧诱导因子（HIF-1α）和多药耐药基因（MDR-1）的表达，以破坏癌细胞对传统化学疗法的抵抗力。考虑到所有这些优点，可以通过氧化铱纳米粒子装载化疗药物阿霉素，以构建具有超声响应精准释药以及氧气自供给的、用于SPDT/CT的协同治疗剂。这种“六合一”的肿瘤诊疗体系可以分别通过荧光、光声、能谱CT成像来获得阿霉素和纳米载体的分布，从而为三重疗法的协同治疗提供足够的成像指导。最终，“六合一”的纳米药物不仅对局部皮下原发肿瘤显示出显著的治疗效果，还可以有效抑制肿瘤复发并清除前哨淋巴结转移瘤，预防了肺转移。

研究者相信，此项研究将会为基于功能性纳米载体的开发提供新的思路，而基于氧化铱纳米载体的应用也将为功能纳米载体的乐章增添新的音符。相关论文在线发表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.202002274）上。

shibai

近日，中国科学院长春应用化学所宋术岩、姜秀娥和汤朝晖3位研究员获得2020年度国家杰出青年科学基金资助。
　　姜秀娥，中国科学院长春应用化学研究所研究员、博士生导师。2005年博士毕业于中科院长春应化所。2006年-2010年先后在德国Bielefeld大学、德国ULM大学及德国Karlsruhe技术研究所从事洪堡学者及博士后研究。2010年加入中科院长春应化所电分析化学国家重点实验室。2013年获“优秀青年基金”资助（结题优秀）。主要从事谱学电化学分析、纳米尺度细胞相互作用机制及效应的研究。针对生物膜水合及其效应化学测量方法的缺失，基于水（干扰）的强红外吸收及电磁场限域增强效应，发展了水加强的表面增强红外光谱新技术，突破了传统红外技术无法研究界面水的瓶颈，并发展了原位“水”探针，揭示了水合双层膜界面非共价相互作用力,实现了局域水的界面选择性探测及氧化还原微环境与结构水对细胞凋亡的调控。在SCI期刊共发表论文80余篇，以第一作者和通讯联系人等在Proc. Natl. Acad. Sci. USA, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano, Adv. Funct. Mater., Anal. Chem.等学术刊物发表文章80余篇，SCI他引3700余次。参与撰写两本英文书籍；申请及授权中国发明专利6项；先后主持了包括中德国际合作及优秀青年科学基金等在内的国家自然科学基金6项，省部级项目7项；曾获中国科学院宝洁奖学金、德国亚历山大洪堡奖学金、吉林省三八红旗手、全国五一巾帼标兵等奖项和荣誉称号。现任《高等学校化学学报》第一届青年执行编委。