水溶性聚噻吩材料的合成及其生物感測性能的研究

《水溶性聚噻吩材料的合成及其生物感測性能的研究》是依託清華大學，由李春擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：水溶性聚噻吩材料的合成及其生物感測性能的研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：李春
• 項目類別：面上項目

項目摘要

基於光學信號輸出的共軛聚合物生物感測器在基因檢測、臨床診斷及食品安全等領域具有廣闊的套用前景。這類感測器件的工作原理主要是測量由聚合物鏈與生物分子間的靜電相互作用引起的光學變化。然而，在具有較高離子強度的複雜生物體系中，離子的靜電禁止極大地削弱了靜電相互作用，從而大大降低了感測器的靈敏度，限制了其實際套用。本項目將設計合成系列新型水溶性聚噻吩材料，系統研究在較高離子強度下除靜電相互作用以外的疏水、pi-pi及氫鍵等協同相互作用對感測性能及感測機制的影響。構建新的感測體系及感測陣列，結合生物小分子預修飾和線性判別分析技術實現在複雜生物體系中對生物小分子（胺基酸、寡肽及單糖）的快速、高選擇性、高靈敏度檢測，並對結構相似生物小分子（胺基酸類、單糖類）實現有效區分。該項目的確立與完成將建立數種具有實用價值與自主智慧財產權的生物小分子感測技術，為疾病診斷和食品安全監測提供技術支撐。

結題摘要

水溶性、立構規整型聚噻吩是一類構象敏感的共軛聚電解質，在化學與生物感測中具有重要的套用前景。本項目設計、合成了六種水溶性聚噻吩衍生物，系統地研究了其與生物小分子、表面活性劑分子在水溶液中通過非共價相互作用自組裝與解組裝過程。研究了生物小分子結構、預修飾反應、水溶性聚噻吩結構對組裝與解組裝過程的影響。結果表明，水溶性聚噻吩側鏈間的排斥與共軛主鏈間的吸引作用相互競爭，主導其在水溶液中的組裝與解組裝過程。具有較大芳香環結構的陰離子能有效誘導陽離子型水溶性聚噻吩在水溶液中自組裝生成聚噻吩超分子聚集體；而表面活性劑分子可通過靜電和疏水相互作用誘導聚噻吩超分子聚集體解組裝。在組裝和解組裝過程中，聚噻吩主鏈構象和聚集態發生變化，導致溶液顏色發生顯著變化，同時伴有聚噻吩的螢光淬滅或回復，從而實現以水溶性聚噻吩為探針對生物小分子、表面活性劑分子的比色及螢光法檢測。此外，誘導聚集過程中離子基團的選擇性可通過軟硬酸鹼理論定性解釋。構建聚噻吩波長感測陣列，結合生物小分子預修飾和線性判別分析技術實現了對結構相似胺基酸分子的有效區分。上述研究結果對理解共軛聚電解質的自組裝過程具有重要指導意義，為快速、高選擇性、高靈敏度檢測生物小分子提供了一種新的方法。