共轭聚合物的功能化及在生物/化学分析领域的应用

共轭聚合物具有电子高度离域的共轭结构及优异的光吸收和发射特性,在有机电子、化学/生物传感、医学诊断及生物成像等领域具有广泛的应用。特定基团功能化的共轭聚合物含有可特异性识别生物/化学分子的功能基团(如糖基、生物素、羧基、氨基酸、肽段、核酸、抗体、氨基、巯基等),进一步拓宽了共轭聚合物在生物/化学分析领域的应用。本文从功能化基团的不同类别出发,对近年来共轭聚合物的功能化方法及其在生物/化学分析领域的应用(如蛋白质、病原体、Hg2+、Pb2+检测)进行了综述,并对该领域的发展前景进行了展望。     

基于聚合物刷微图案的生物素化梯度表面制备研究

提出了基于叠氮功能化聚合物刷微图案制备生物素化梯度表面的方法 .通过数字微镜器件(DMD)调控光辐照引发表面原子转移自由基聚合(ATRP)反应,制备叠氮功能化的聚(2-(2-叠氮-2-甲基丙氧基)甲基丙烯酸乙酯)(PAMEMA)聚合物刷微图案,采用X射线光电子能谱仪(XPS)和飞行时间二次离子质谱仪(TOF-SIMS)对PAMEMA聚合物刷微图案的化学组成及分布进行表征,表明叠氮基团在聚合物刷图案化表面的区域选择性分布;以叠氮基团为反应位点,通过点击化学反应实现PAMEMA聚合物刷微图案表面的生物素化,借助荧光标记的链霉亲和素染色实验表征生物素在微图案表面的分布情况;以具有厚度变化的PAMEMA聚合物刷微图案为模板制备生物素表面,结果表明通过控制聚合物刷的厚度可以对微图案表面固定生物素分子的空间密度进行调控以实现具有复杂结构的生物素化梯度表面的成功制备.     

菲涅耳反射型光纤生物传感器研究

构建了一种基于菲涅耳反射原理的光纤生物传感器,以生物素-链霉亲和素体系为模型验证了其进行生物传感的可行性.首先,利用硅烷偶联剂,在切平整的普通单模光纤端面修饰上生物素,将其作为吸附链霉亲和素的生物敏感膜.然后,将光纤端面浸入不同浓度的链霉亲和素溶液中,测量宽带光源经过光纤端面反射后的光谱.实验结果表明,反射光谱的相对功率与链霉亲和素溶液浓度之间呈线性关系,测量得到灵敏度为15.38 dB/(mg/mL).用牛血清白蛋白代替链霉亲和素,测量得到的反射光谱曲线与在之前浸入生物素后的反射光谱曲线基本重合,证明此生物传感器的选择性好.最后以人免疫球蛋白G与山羊抗人免疫球蛋白G体系验证了此结构进行生物传感的实用性.     

水溶性共轭聚合物在生物传感中的应用

水溶性共轭聚合物在化学、医学、生命科学以及材料科学等领域中备受研究者们的关注,利用其独特的光化学和光物理性质,研究者们开展了一系列创新性研究并取得了重大的研究进展,进而拓展了聚合物的应用范围.共轭聚合物是一种由多个重复发光单元通过彼此间共轭而形成的高分子化合物,通过对其结构的精准调控,可以获得具有不同性能的功能性分子.其中,通过改变其主链结构,可以获得具有不同吸收和发射波长的荧光探针;通过对侧链结构修饰以水溶性基团和/或选择性识别分子,可以实现与特定靶标间的静电作用或者特异性结合,进而实现选择性识别的目的.本文综述了近年来水溶性共轭聚合物在生物传感中的应用,主要介绍了水溶性共轭聚合物在DNA检测、蛋白质检测、细胞和细菌的检测与区分以及细胞成像等方面的研究进展.     

水溶性共轭聚合物分子刷的研究进展

水溶性共轭聚合物研究属于国际前沿研究领域,因其具有水溶性和超级信号放大作用,在生物传感领域展现出良好的应用前景.但由于传统水溶性线型共轭高分子两亲性结构特点,其含有的憎水性刚性共轭链在水溶液中易聚集,水分子对共轭链激发态的影响导致其发光效率低(一般小于30%),严重制约了其应用与拓展.如何方便有效构筑高分子的高支化是获得高荧光效率的关键.在本篇综述中,我们综述了水溶性共轭聚合物分子刷的合成技术,分析了其结构与光学性质的关系,为水溶性共轭聚合物分子刷的设计和制备提供指导.另外,总结了水溶性共轭聚合物分子刷在化学生物传感、生物成像、药物运输、癌症治疗等领域的应用,最后对水溶性共轭聚合物分子刷存在的主要问题以及未来的热点方向进行了分析和展望!     

荧光共轭聚合物在生物大分子检测中的应用*

共轭聚合物因其具有π-电子体系及共轭离域结构,一般都具有优异的发光性能,其发光强度和发射波长会随被检测化合物结构的不同而发生特异性响应,特别是在与被检测物相互作用过程中所产生电荷和能量能够沿共轭分子链进行有效传递,成倍放大这种作用,从而有效提高了检测灵敏度,这比相应的小分子化合物更具有优越性。目前共轭聚合物已被用于开发新型化学、生物传感器,尤其是在生物分子检测方面的应用得到迅速的发展。本文总结了近年来荧光共轭聚合物在生物传感方面的研究进展,主要讨论共轭聚合物在蛋白质、核酸及毒素检测中的应用。     

基于聚噻吩荧光化学敏感材料的设计及其应用

<正>水溶性共轭聚合物,由于其存在大量的重复性吸收单元,具有极强的光捕获能力,它与带电荷的生物分子之间强烈的静电相互作用和荧光信号自身的灵敏性,赋予了水溶性共轭聚合物在免标记生物成像及检测方面非常显著的优势.同时由于共轭链的"分子导线效应"使得其作为荧光探针分子的灵敏度相对于小分子大大提高.通过在共轭链骨架     

实时生物分子相互作用分析技术用于链霉亲和素-生物素化抗体的层层组装研究

使用生物分子相互作用分析（Biomolecular interaction analysis,BIA)技术实时监测了在链霉素和素表面层层组装亲和素－生物素化抗体多层膜的过程，结果表明，通过链霉素和素与生物素之间的强亲和作用，能够在表面形成均一的多层膜，并用实时BIA技术求得了每层蛋白质的表面浓度，对于生物素化抗体，单层吸附表面浓度为1.32ng/mm^2；对于链霉亲和素，单层吸附表面浓度为2.93ng/mm^2。同时对蛋白质在表面的排列状态进行了探讨。     

基于共轭聚合物的核酸生物传感器的应用

共轭聚合物的π电子体系及共轭离域结构,使其具有良好的发光性能。聚合物链可充当“分子导线”,能够成倍放大光学信号,从而有效提高检测灵敏度。而核酸适体(aptamer)在特异性、与靶物质亲合力、信号传导方面比其他识别元件具有更大的优势,因此共轭聚合物的核酸生物传感器在生物检测方面得到了迅速发展。本文主要总结了近年来共轭聚合物的核酸生物传感器在生物检测方面的应用,并进一步对该类型传感器的发展趋势作出了展望。     

基于磁性纳米颗粒和金纳米粒子构建DNA电化学生物传感技术

本文构建了一种基于纳米粒子、茎环DNA和丝网印刷电极(SPCE)的电化学生物传感技术用于乳腺癌基因的快速、灵敏检测。该传感技术中,探针DNA的两端分别标记了巯基和生物素,巯基用于与金纳米粒子(AuNPs)作用,生物素用于与磁性纳米颗粒(MNPs)表面修饰的链酶亲和素作用以达到富集的目的,之后利用SPCE进行电化学检测。无目标DNA存在时,双标记DNA保持茎环结构,使得生物素分子很难和MNPs上的亲和素接触。一旦加入目标DNA,茎环结构打开,生物素得以与MNPs上的链霉亲和素发生特异性结合,形成的复合物(MNPs-DNA-AuNPs)通过磁性富集到SPCE表面,从而获得AuNPs的电化学信号。该DNA电化学生物传感对单碱基错配有良好的分辨能力,完全互补DNA的检出限为8.0×10-13 mol/L。     

共轭聚合物荧光纳米粒子研究进展

近年来,共轭聚合物荧光纳米粒子因其优异的光学性能,在化学、医学和环境科学等研究领域显示了极其广阔的应用前景.相比于传统无机半导体荧光纳米材料,共轭聚合物荧光纳米粒子具有结构多样性、功能可设计性、生物相容性好等显著优势.本文从共轭聚合物荧光粒子的制备方法、光学性能、表面功能化修饰出发,重点讨论了近年来共轭聚合物纳米粒子作为荧光探针在细胞成像及生物化学检测方面的研究进展,阐述了当前研究的主要发展方向和仍需解决的问题.     

生物分子功能化碳纳米管

利用生物分子功能化碳纳米管,使其具备生物相容性和特殊的识别功能并引入生物体系是一项极具应用潜力的研究.如何利用不同种类的生物分子功能化碳纳米管则是该领域须解决的一个关键问题.本文综述了利用生物分子酶、蛋白质、氨基酸、肽螺旋、DNA功能化碳纳米管的最新研究进展,重点介绍了碳纳米管侧壁与端口的DNA功能化以及碳纳米管的DNA填充,并对DNA功能化碳纳米管在生物传感器、电化学检测及DNA操纵碳纳米管自组装方面的应用作了阐述.     

共轭聚合物为基础的荧光传感器

近年来,借助共轭聚合物的荧光发射与淬灭过程开发化学与生物传感技术成为倍受关注并获得迅速发展的研究领域。由于共轭聚合物能够沿分子链进行能量和电荷传导,从而产生信号放大现象,这类传感器通常都具有较高的灵敏度。本文主要通过对几种具有代表性的此类化学/生物传感器的举例说明,概述荧光共轭聚合物的传感机理,并简要介绍这一领域的发展状况。     

运用功能化修饰的碳纳米管针尖测量配体-受体的作用力

电弧法自制碳纳米管原子力显微镜针尖,对其末端进行功能化修饰,然后测量配体-受体之间的作用力。运用没有功能化修饰的碳纳米管针尖与修饰有亲和素分子的基底进行接触测量时,没有粘滞力出现;而运用末端修饰生物素分子的碳纳米管针尖测量时,有粘滞力产生。功能化的碳纳米管针尖直接测得的粘滞力均大约200pN,此值符合一对配体生物素和受体亲和素之间的作用力。这一结果很难用传统的针尖获得,功能化修饰的碳纳米管针尖能够克服传统针尖在力测量中的局限,在生物学和化学领域有着广泛的应用前景。     

基于荧光共轭聚合物的金属离子检测

以聚乙炔、聚芴、聚噻吩、聚苯撑为代表的荧光共轭聚合物,由于具有独特的光学性能、自组装性能和结构与性能的可调控性,可作为优异的光学传感材料。利用其具有较高摩尔消光系数和荧光量子产率的特点,可设计具有较高灵敏度和选择性的传感器,这已成为生物传感领域的研究热点。以荧光共轭聚合物为基础的金属离子检测,最初是以非水溶性的共轭聚合物为主,通过金属离子与聚合物链上特定基团(如吡啶、冠醚)的结合引起的聚合物荧光性质的变化可实现对某些离子的检测。在共轭聚合物主链上引入亲水性侧链,可大大增强共轭聚合物的水溶性,为金属离子的生物传感检测提供了新的思路,例如可引入能与金属离子结合的生物分子(如DNA、糖基等)来设计传感策略,进一步提高检测的特异性和灵敏度。本文综述了近年来以非水溶性和水溶性荧光共轭聚合物为传感材料,对具有重要生物学意义的重金属离子(Hg²⁺、Pb²⁺)、过渡金属离子(Cu²⁺、Eu³⁺、Ni²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Ru³⁺、Ag⁺)和碱金属离子(K⁺、Na⁺、Li⁺)进行高灵敏度检测方面的研究进展,并对该领域的发展前景进行了展望。     

微悬臂生物传感器检测生物素-亲和素相互作用

将生物素共价键合到微悬臂的硅表面, 利用微悬臂传感技术在流动注样条件下研究了生物素-亲和素的动态作用过程, 同时利用原子力显微镜(AFM)力刻蚀技术验证了生物素化硅表面结合亲和素的有效性. 结果显示亲和素与生物素作用产生较大的表面应力驱动微悬臂偏转, 悬臂偏转的程度和速率与亲和素的浓度相关, 亲和素浓度越大, 微悬臂偏转程度也越大, 同时反应速率也更快. 这项工作为开发新型的无标记检测技术, 研究生物分子之间相互作用提供了有益的探索.     

聚合物晶胶的制备、性能及生物医学应用

利用低温凝胶化技术制备的聚合物晶胶,具有贯通多孔结构,因其化学/机械稳定性,可用于生物微粒（质粒、病毒、细胞器）和细胞的分离、生物分子和细胞的固定化载体以及组织工程三维支架等领域。本文详细介绍了聚合物晶胶的制备条件（如单体浓度、冷冻过程、引发剂浓度、溶剂等）与其结构、性能的关系;同时,对聚合物晶胶功能化改性及其在生物物质的色谱分离和生物医学领域的应用进行了总结与展望。     

传感器表面的适配体固定方法及其在生物传感器中的研究进展

适配体分子量小、结构简单、易于合成、适于反复使用和长期保存,适用于生物传感器领域.本文介绍了常见的适配体在传感器表面固定的方法,包括金硫键自组装膜、化学键共价结合、生物素/亲和素亲和作用、互补核酸链连接等,阐述了目前的研究进展,并分析比较了各种方法的特点.适配体传感器在检测范围、检出限、检测时间、多组分同时检测等方面的...     

共轭聚合物荧光传感器的研究进展

共轭聚合物具有共轭分子导线结构,局部微扰在整个聚合物分子链甚至整个聚合物体系内即能得到放大利用,这一性质决定了其具有检测超低含量待测物的能力,且表现出强于小分子荧光传感器的灵敏度.本文概述了荧光共轭聚合物的传感机理,并举例介绍了近年报道的以共轭聚合物为基础的荧光传感器在检测离子及有机小分子方面的应用.     

共轭聚合物生物电子体系研究进展

共轭聚合物类的有机共轭分子由于其特殊的电子离域效应,具有优异的光电性能.另外该类材料骨架结构丰富、能带可调、易于修饰与制备,使得这类材料除了在发光二极管、场效应晶体管和光伏电池等方面有广泛的研究和应用之外,在生物成像、生物传感、疾病诊断和治疗中也发挥了重要作用.本文综述了近年来基于水溶性共轭聚合物的生物电子体系构建和应...