新型聚合物空心管微米马达的制备及其生物传感

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近年来,人工合成微/纳米马达发展迅速,其中“聚合物/铂”型管状微米马达由于其良好的运动性能、非苛刻的运动环境受到了广泛的关注。但这类马达裸露的铂催化层极易吸附蛋白等分子而发生惰化,同时基于此制备的马达式传感器大都通过表面共价或静电吸附生物识别分子,而形成的修饰层也会很大程度惰化微/纳米马达的催化层[1,2],导致低的运动性能,因此检测灵敏度不能满足实际需求。另外,现有马达式生物传感需要在目标分子识别后对传感器的运动速度产生明显影响,因而大都采用夹心识别方法,在该传感器与靶标分子识别后利用纳米甚至微米粒子作为识别探针来产生检测信号,这大大增加了马达式生物传感方法的复杂性和检测成本。针对这些问题,本文做了如下工作:  1、铂纳米粒子@碳纳米管掺杂的聚合物微米马达的制备及其生物应用  利用模板电化学沉积技术制备了一种具有高效运动性能的双层聚合物微米管马达,该马达的外层为便于功能化的聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)层,内层为铂纳米粒子@碳纳米管复合材料掺杂的聚吡咯(PtNP@CNT-PPy)。由于掺杂在内层的PtNP@CNT复合物具有高的催化活性,从而使得这种聚合物微米马达对低浓度过氧化氢有良好的响应(在1% H2O2中运动速度可达62μm s-1),提高了其检测灵敏性。其次由于内层PtNP@CNT掺杂在PPy聚合物中,PPy的多孔性既可以使燃料小分子无阻碍到达PtNP@CNT表面进行催化反应,又可以保护PtNP@CNT的表面免受蛋白或其他大分子等的惰化,使得其在高离子强度、人体血清、细胞培养基、特别是高蛋白体系中表现良好的运动性能(当体系中蛋白浓度高达1mM时,这种微米马达在2% H2O2存在时运动速度即可达到52μms-1)。此外,传统的马达表面功能化过程对其速度的影响也可以忽略。通过在内层聚合物制备过程中掺杂磁性Fe3O4纳米粒子利用外磁场即可实现马达运动方向的控制。对这种聚合物微米马达外层进行生物功能化修饰,其可应用于生物体系内大肠杆菌的捕获及运输。这种聚合物空心管微米马达具有制备简单、易于表面修饰、良好的生物相容性等优点,在很多领域具有潜在的应用前景。  2、马达式DNA微米生物探针的制备  本工作设计并合成了不对称的微米材料,以能特异性识别生物靶标分子的DNA核酸链为框架基元,通过化学修饰和在位组装,在微米材料的特定部位构建含动力元素(过氧化氢酶)的分子驱动层,发展了新型马达式微米生物探针。当体系中存在目标DNA时,由于链取代反应的发生使得马达表面的过氧化氢酶量减少,从而使得马达速度降低,通过观察目标DNA浓度与微米马达探针的运动速度之间的关系,建立DNA的实时、快速、免标记动态传感方法。
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