智能納米孔道的構(gòu)筑及其在生物傳感方面的應(yīng)用.pdf

1、生物體系中的離子通道在細(xì)胞與外界的物質(zhì)交換、信號傳遞、能量轉(zhuǎn)換、以及系統(tǒng)功能調(diào)控等諸多生命過程中發(fā)揮著極其重要的作用?？茖W(xué)家們模仿生物離子通道的結(jié)構(gòu)和功能構(gòu)筑了一系列具有外界刺激響應(yīng)性的固體人工納米孔道。這些響應(yīng)性的人工智能納米孔道具有更穩(wěn)定的性質(zhì)，在能量轉(zhuǎn)化、生物傳感、納米流體器件等方面具有重要的基礎(chǔ)研究價值和廣泛的實際應(yīng)用前景。本文正是在這一研究背景下，致力于設(shè)計和開發(fā)研究具有一定結(jié)構(gòu)和功能的仿生智能納米孔道，結(jié)合生物分子特點和孔道

2、界面性質(zhì)研究其在生物傳感方面的應(yīng)用，本論文的主要研究內(nèi)容包括四個方面：
　　1.模仿生物蛋白質(zhì)-G蛋白偶聯(lián)受體在細(xì)胞里的多功能性，我們構(gòu)筑了多響應(yīng)性智能人工納米孔道。將環(huán)糊精修飾在聚合物膜形成的柱形多孔納米孔道里，通過超分子作用對端基偶氮苯的聚合物進行識別。超分子作用由多種弱相互作用驅(qū)動，是可逆的過程，可以在納米孔道中構(gòu)筑“即插即用”模板。這一模板能夠?qū)崿F(xiàn)對不同聚合物分別進行單獨加載，也可以同時對兩種不同的聚合物在同一孔道內(nèi)加載，

3、構(gòu)筑了光、pH和溫度三響應(yīng)的體系。這一工作在以前工作的基礎(chǔ)上，由單一的化學(xué)共價鍵修飾到多種弱相互作用的可逆變化，由單一的響應(yīng)到多響應(yīng)的納米孔道，更加接近真正的生物體系，并用于電子器件和生物傳感等。
　　2.設(shè)計了一種由“超級三明治”結(jié)構(gòu)的核酸序列（DNA）和小分子ATP控制的高效“門控”納米流器件。它具有顯著高于一般的化學(xué)修飾的開關(guān)比（達到106）且在閉合狀態(tài)有很好的電密封性?！伴T控”作用的實現(xiàn)是通過DNA“超級三明治”結(jié)構(gòu)在固體

4、納米孔道上的自組裝（開-關(guān)），然后由 ATP綁定 DNA，使“超級三明治”結(jié)構(gòu)的解組裝（關(guān)-開）共同作用的。這個仿生納米流器件可以把分子事件轉(zhuǎn)化成電信號并實現(xiàn)信號增強機制，為以后納流體生物傳感和分子DNA在固體物質(zhì)上計算提供了平臺。
　　3.將具有信號放大機制的DNA“超級三明治”結(jié)構(gòu)修飾在納米孔道中，通過該結(jié)構(gòu)在納米孔內(nèi)的自組裝和解組裝過程，可以實現(xiàn)在同一平臺下高靈敏地對目標(biāo)核酸分子和小分子（ATP）進行同時檢測。體系對核酸分子

5、的檢測限為10 fM，ATP檢測限為1 nM。該檢測體系可以在干擾序列存在下很好地區(qū)分完全互補靶標(biāo)與1堿基/3堿基/5堿基錯配類似物，甚至在復(fù)雜基質(zhì)（血清）中都有很高的特異性，能夠滿足多組分混合物和復(fù)雜生物樣本的檢測需求，為疾病的早期診斷和治療提供新方法。
　　4.我們通過對DNA序列的設(shè)計，使其通過堿基互補配對作用構(gòu)建了一種新型的三維交聯(lián)結(jié)構(gòu) DNA，將這種結(jié)構(gòu)在納米孔道體系中進行自組裝，和在外界刺激下解組裝。與之前的工作相比，