聚合物纳米通道的构筑及其在化学、生物传感中的应用

发布时间：2018-11-27 11:01

【摘要】：自古以来自然界遵循着优胜劣汰的准则,生物体在自然环境下经历竞争激烈的生存考验,不断地学习并进化出最适合生存环境的功能机制,这些功能机制已臻于完美。向自然学习,研究生命体中的优秀体系用以更好的发展科学是科学研究的永恒主题。生物体中存在的生物通道是多种多样的,仅仅细胞膜上的受体在生物学就有以下几种类型,分别为离子通道受体,G蛋白偶联受体和酶偶联受体。它们有着特异性识别和传导的功能,在细胞物质传导过程中起到关键性的作用。如今仿照生命体中的功能结构,发展出一类具有潜在应用前景的特异性响应的智能纳米通道,并且在传感、分析、药物释放等领域都有重要的基础研究价值。借助这些研究基础,在生物体内通道识别特异性和输运选择性的启发下,本论文的着手点为设计并制备具有一定形状,能够特异性识别和选择性输运的智能仿生人工纳米通道;主要的方案有两个步骤:一是制作不同形状的纳米通道,例如利用具有多个重离子轰击潜径迹的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜制备圆锥形纳米通道;二是对制作完成后的纳米通道的内表面进行化学修饰,通过改变内表面化学组成达到预设的功能,例如可以把具有不同功能的响应分子修饰到孔道的内壁上,从而实现在仿生人工纳米通道对离子或分子的特异性识别和选择性运输。为仿生人工纳米通道在传感、分析、药物释放等领域的进一步研究和应用夯实了基础,本论文内容如下:1.制作非对称形状的圆锥形仿生人工纳米通道,并与具有银离子响应性的特殊序列DNA单链相结合,设计出了银离子驱动的仿生人工智能纳米通道传感器。驱动原理是利用银离子诱导DNA单链的结构发生改变,由无序散乱的单直链状态变成包裹银离子的发夹结构,从而增大了功能化纳米通道的有效孔径。该工作为设计和开发功能纳米通道在传感、分析、药物释放等领域的应用研究带来了一种新的设计思路。2.基于不对称形状的锥形仿生人工纳米通道的制作,并在通道壁上修饰腺苷响应的特殊序列DNA单链,最终利用生物分子进行响应的方式,设计了由腺苷驱动的仿生智能纳米通道传感器。采用金与巯基形成金硫键的化学修饰方法,在溅射有金纳米颗粒的非对称纳米通道内壁上修饰带有巯基的特异性DNA序列。将DNA成功修饰到纳米通道内壁之后,我们利用腺苷和腺苷脱氨酶分别与通道进行作用,从而实现纳米通道可逆的开关调控。单链DNA接枝到纳米通道内壁上之后,通道的测试电流出现了明显下降,即定义此时的情况为关闭状态,而在引入腺苷分子之后通道的测试电流明显增加,即通道转换为开启状态,若引入腺苷脱氨酶则通道再次呈现关闭状态。3.基于圆锥形非对称纳米通道仿生制备ABC结合盒转运蛋白功能的人工纳米器件。即将DNA单链利用化学修饰的方法接枝到纳米通道内,之后引入生物分子进行响应。采用金与巯基形成金硫键的化学修饰方法,在溅射有金纳米颗粒的非对称纳米通道内壁上修饰带有巯基的特异性DNA序列。DNA修饰成功后我们利用ATP与通道进行作用,实现纳米通道对生物分子的响应。单链DNA接枝到纳米通道内壁上之后,通道的测试电流出现了明显下降,即定义此时的情况为关闭状态,而在引入ATP分子之后通道的测试电流明显增加,即通道转换为开启状态。该工作为生命体系中的大分子检测提供了一个崭新的思路。
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【学位授予单位】：延安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;O631

【参考文献】