液相芯片中功能性聚苯乙烯微球的合成及鉴定

采用分散聚合法合成了粒径可控、单分散的聚苯乙烯微球,考察了单体苯乙烯和引发剂偶氮二异丁腈的浓度以及稳定剂聚乙烯基吡咯烷酮的分子量对微球粒径的影响.采用后修饰法对合成的空白微球进行表面羧基功能性修饰,耦联单克隆抗体的免疫测试结果表明微球表面结合探针分子的能力达到国际同类产品水准.     

“生物分子在纳通道中的输运及调控”年度报告

为了实现基于纳米孔的低成本超快速DNA测序,需要研究受限空间内聚合物分子的构象机制、摩擦特性,同时要发展流体动力学模型以描述受限空间内生物分子的输运规律。在该年度,我们进一步发展了粗粒化分子动力学模拟模型,开展跨尺度流体动力学建模和计算,并且利用单分子力谱直接探测DNA的单分子界面摩擦力。主要研究结果如下:对DNA分子在石墨烯纳孔和氧化石墨烯纳孔中的穿孔过程进行了研究,发现氧化石墨烯纳孔有可能实现单链DNA分子的逐个碱基过孔;实验研究了多价离子溶液中的纳孔振荡电流信号、离子在纳尺度受限空间中的扩散系数以及低浓度下表面电荷平衡过程对扩散的影响,获得了多个重要结果;进行了纳米颗粒的过孔实验,获得颗粒过孔信号,同时发展了能更准确地预测纳孔介入电阻的理论模型;测量了不同Na Cl浓度下DNA的摩擦行为,发现随着浓度增加,DNA摩擦力减少,而DNA在低浓度下显示出较为舒展的构象;发现长链DNA分子具有更舒展的构象,同时链长对DNA摩擦力的影响不大;单分子力谱研究表明,双链DNA在重水和普通水缓冲溶液中的力学稳定性无显著性差异,而双链DNA在甲醇中会自动解螺旋,形成单链DNA。这些研究将加深我们对于DNA等生物分子在受限空间内受力的科学认识,为DNA分子过孔测序技术的发展提供理论依据和设计指导。     

聚氨酯硬段中非平面环含量对其多尺度性能的影响

首先以对苯二异氰酸酯（PPDI）和对苯二酚二羟乙基醚（HQEE）为硬段,聚四氢呋喃醚二醇（PTMG）为软段合成基础聚氨酯化合物。在第一种系列中,保持HQEE不变,以异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）逐步替换PPDI,直至完全替换;在第二种系列中,保持PPDI不变,以1,4-环己烷二甲醇（CHDM）或螺环乙二醇（SPG）逐步替换HQEE,直至完全替换。用AFM单分子力谱对这些聚氨酯样品进行单分子链拉伸模量和库恩链长度的测量,结果表明：不同结构取代苯环后,各自的库恩链长受到的影响较小,而各自的单分子链模量受到影响较大;分子链模量的演变规律并不是简单的模量叠加,各种类型的结构对模量的影响规律各不相同。由于受到分子链结构的影响,一系列聚合物的微相分离和宏观性能也发生了显著的变化。通过本文研究结果,可以清楚地看到微观结构的改变对聚氨酯微观和宏观性能的多尺度影响。     

光阱pN量级阱力的流体力学法测量系统

根据流体力学的分析 ,研究并计算了适合光镊操作生物粒子的无限大平板流场特性和流场分布 ,设计并研制了一套符合光镊pN(皮牛 )量级力测量的液体微循环系统和样品池 ,其液体微流量分流器和缓冲器解决了蠕动泵脉冲缺点 .实际测量和光阱力测试结果显示该系统满足光阱pN量级力的测量要求 .     

MPA包覆的银纳米粒子修饰电极制备和电化学表征

运用自组装和电化学组装法,将MPA包裹的银纳米粒子修饰到金电极表面,制备成银纳米粒子单层和多层膜修饰电极. 循环电压-电流和电化学阻抗谱测定结果表明:以MPA包覆的银纳米粒子修饰电极的氧化电位明显负移,显示出银纳米粒子具有更高的活性. 以0.5mmol/L的K3[Fe(CN)6]溶液为检测体系,电化学阻抗谱测试得出电极表面对探针分子的阻碍作用有所增加. 循环电压-电流结果表明:与单层膜修饰电极相比,多层膜修饰电极的峰电流显著增加.     

基于小分子末端保护的turn-on传感器构建及其在蛋白质检测中的应用

基于小分子末端保护技术,结合原位合成DNA功能化银簇,构建了一种简单且低成本的蛋白质检测方法。本方法检测链霉亲和素的线性范围为10～1 000 ng/mL,检出限为7. 92 ng/mL,具有较好的选择性并且可以实现复杂样品中目标蛋白质的检测;此外,通过在探针核酸一端修饰上不同的小分子可用于其他相对应蛋白质和细胞的检测,具有良好的通用性;核酸外切酶I的引入,将没有与目标蛋白结合的探针DNA水解为单核苷酸,使之不能形成DNA功能化的银簇,从而降低背景干扰,提高灵敏度;该探针无需修饰荧光染料,且合成银簇所需原料廉价易得,大大节约了成本。     

基于聚乙烯亚胺功能化石墨烯的高灵敏电化学阻抗传感方法用于血清中mircoRNA-155检测

建立血清中癌症标志物microRNA-155的高灵敏电化学检测方法.采用一步法制备了聚乙烯亚胺功能化的石墨烯,通过静电相互作用制备了金纳米粒子功能化的石墨烯复合物.将该复合物用作电极基底材料,基于金纳米粒子与DNA捕获探针上的SH基团之间形成的强烈的S-Au键可将DNA捕获探针固定到电极表面.通过DNA捕获探针对microRNA-155的特异性识别作用可特异性地捕获待测样品中的microRNA-155分子.利用生物分子对电极表面电子传递的阻碍作用,从而实现对microRNA-155分子的电化学阻抗传感器的构建.在最优条件下,该传感器的阻抗值与microRNA-155的浓度的对数值在1~1000 nmol/L浓度范围内呈现良好的线性关系,检出限为0.51 nmol/L(S/N=3),可实现实际血清样品中的microRNA-155的灵敏快速检测.     

磁性瓜尔胶复合微球的制备及其性能研究

采用化学共沉淀法制备了纳米磁性Fe3O4粒子,并用硅烷偶联剂对其进行表面修饰。以Fe3O4作为磁性内核,以戊二醛作为交联剂,采用反相悬浮交联法制备了Fe3O4-阴离子瓜尔胶磁性微球,并用红外光谱、扫描电镜和磁学性质测量系统对样品进行了表征。通过对阿司匹林模型药物的负载实验,发现修饰后的Fe3O4-阴离子瓜尔胶磁性微球具有较好的载药性。     

单分散Au/ZnO纳米球的可控制备及气敏性能研究

以二水合醋酸锌和二甘醇为原料,采用微波法制备ZnO单分散纳米球;采用柠檬酸还原法制备Au纳米颗粒,并通过静电作用将金纳米颗粒修饰在ZnO纳米球上制备Au/ZnO气敏材料.XRD结果证明了多晶ZnO的形成以及金属Au的成功修饰;FESEM和TEM观察到ZnO单分散纳米球由纳米颗粒组装而成,粒径约280nm;PL光谱对合成材料的晶体缺陷进行了提取,在此基础上深入讨论了Au/ZnO的增敏机理.气敏测试结果显示,Au/ZnO纳米球比未修饰的ZnO纳米球对丙酮具有更好的选择性与更低的检测温度,在体积分数为1×10-6下仍具有较强的气敏响应.     

蛋白质折叠与力学传感的单分子磁镊操纵研究进展

蛋白质的折叠与相互作用是物理、生物等多学科交叉领域关注的基本问题.力生物学的前沿研究表明，一系列对力敏感的蛋白质在机械力作用下的去折叠与复折叠动力学及相互作用调控，是实现其力感知的物理机制.前沿单分子操纵技术的发展使得在单分子水平定量探究蛋白质的折叠与细胞力学传感的分子机制成为可能.本文重点介绍近年来蛋白质折叠与力学传感的单分子磁镊操纵研究进展，包括单结构域蛋白质的折叠-去折叠动力学、自由能曲面的构造，及细胞黏着斑与胞间连接的力敏感蛋白行使生物功能的分子机制.     

基于局域表面等离子体共振特性的高灵敏度凝血酶检测

用核酸适体修饰的纳米金共振散射光谱探针可实现对微纳空间内凝血酶的特异性识别与检测.提出了一种基于局域表面等离子体共振-暗场显微光谱联用技术的分析方法,研究了局域在金纳米粒子表面的生物分子的识别过程对局域表面等离子体共振散射光谱的影响.研究了单颗粒纳米粒子的形貌特征,实现了单分子层面上生物分子识别过程的追踪.     

基于原子力显微镜微探针的新型超灵敏传感器

近年来基于原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)微探针发展的新型超灵敏传感器引起了研究人员的极大兴趣,已成为这一研究领域的前沿方向之一.基于AFM微探针的新型传感器主要是利用AFM的高分辨率、可以测定极微弱的力和AFM微探针悬臂对极微弱力敏感等特性.如利用AFM的高分辨率的特性,通过测定样品表面覆盖度、高度等的变化,发展了新型免疫传感器、DNA传感器等;利用AFM可以测定极微弱的力,通过测定分子对间的相互作用,发展了各种新型微探针力传感器;利用AFM微探针悬臂的对极微弱力敏感,将分子识别反应的力学信号转化为AFM探针微悬臂的纳米机械响应,发展了形式多样的新型化学、生物传感器.文中从AFM微探针信号转换原理的角度分类综述了这一前沿研究方向的重要进展.     

改性聚苯乙烯微球对蛋白质的吸附与解吸特性

通过蒸馏–沉淀法制备单分散的聚苯乙烯(PS)微球,并用两亲性聚合物聚乙二醇(PEG)对PS进行修饰.以牛血清蛋白(BSA)为模型,研究PS-PEG微球对BSA的吸附与解吸特性.结果表明,聚合物微球对BSA的吸附受pH、微球上PEG含量以及NaCl溶液质量浓度的影响,作用力为疏水吸附.在无盐水体系下解吸,解吸率最高为96.2%,表明微球在蛋白质分离应用中可重复使用.     

纳米金在DNA电化学传感器中的应用研究

利用自组装单分子膜原理,通过层层组装的方法将金纳米粒子(AuNPs)和DNA探针分别固定到金电极表面制备成探针电极。结果表明纳米金可以使响应电流大大增强,有利于提高检测的灵敏度;同时DNA自组装到纳米金修饰的金电极上,形成一层致密的分子膜,可使响应电流下降。     

得克萨斯红末端修饰单链DNA探针微阵列ZrO2陶瓷小珠的发光特性研究

以N ( 4 马来酰亚胺氧化丁酰 ) 琥珀酰亚胺磺酸钠盐 (Sulfo GMBS)为偶链剂将 5 NH2 /3 Tex双末端修饰DNA探针偶链到 3 0 0 μmZrO2 陶瓷小珠表面上 ,制成了发红光的陶瓷小珠 .理论研究表明 ,小珠表面上 2 0 mer单链DNA探针之间的分子间距和微阵列密度是偶链反应溶液中DNA探针浓度、小珠数目和小珠大小的函数 .在优化条件下 ,2 0 mer单链DNA探针在小珠表面微阵列的最小分子间距约为 8 0nm ,因而在一个 3 0 0 μmZrO2 陶瓷小珠表面有10 10 数量级的 2 0 mer单链DNA探针进行微阵列 .     

用原子力显微镜研究聚苯乙烯胶体颗粒的特性

以聚苯乙烯胶体颗粒为研究对象,主要讨论均分散聚苯乙烯胶体颗粒的制备、用原子力显微镜研究样品的各种物性．首先寻找合适的方法合成均分散聚苯乙烯微球,制备较均匀的胶体颗粒：然后用原子力显微镜分别从样品表面微观形貌的直观的三维结构信息,及表面在纳米尺度上表现出来的物理、化学性质进行测试;最后对获得的数据进行分析,并对其性质进行表征．结果表明：无皂乳液法,为制备单分散聚苯乙烯微球的有效方法;通过分析聚苯乙烯颗粒样品表面孔径大小和分布,显示了原子力显微镜在分析样品表面形貌结构方面有其特有的优势,它非常适合用于研究纳米尺度上样品。     

氧化石墨烯对DNA荧光分子探针FRET效应的研究

研究了氧化石墨烯的浓度、氧化石墨烯与DNA分子荧光探针的反应温度、DNA链长度对FRET效应的影响.研究表明,氧化石墨烯的浓度、氧化石墨烯与DNA分子荧光探针的反应温度、DNA链长度对FRET效应都有着重要的影响.氧化石墨烯浓度越大,其对DNA分子探针的荧光猝灭效率越高;氧化石墨烯与DNA分子荧光探针的反应温度越高,淬灭效率越高;DNA链越长,氧化石墨烯淬灭的效率越低.因此,氧化石墨烯的浓度、氧化石墨烯与DNA分子荧光探针的反应温度、DNA链长度对FRET效应都应该是设计生物传感器时考虑的因素.     

单分散苯乙烯-马来酸酐共聚物微球增长方式探究

以丁酸乙酯为溶剂,AIBN为引发剂,采用自稳定沉淀聚合法于80℃下制备了单分散苯乙烯-马来酸酐(St-MAH)共聚物微球。对反应过程中不同反应时间的单体转化率、共聚物分子量、微球形貌及粒径进行了研究。结果表明,St-MAH共聚物微球粒径的3次方与转化率成直线关系,说明共聚物微球的聚合反应属于活性增长机理;同时提出自稳定沉淀聚合体系制备单分散St-MAH共聚物微球成核过程为AIBN在溶剂中引发苯乙烯和马来酸酐共聚生成寡居物,当寡居物链达到临界长度时从溶剂中沉淀出来,沉淀出来的寡聚物链相互缠绕形成球核;成核后单个微球所含St-MAH共聚物分子链数与时间的关系和转化率、微球粒径与时间的关系趋势大体一致,证实了自稳定沉淀聚合法制备St-MAH共聚物微球的增长主要是溶剂中形成的寡居物沉积于微球表面而实现的。     

基于石墨烯-金纳米粒子复合材料的DNA生物传感器

以柠檬酸钠为还原剂和稳定剂制备石墨烯 金纳米粒子复合材料, 复合材料被柠檬酸钠羧基化后与末端氨基修饰的DNA发生键合, 制备DNA探针, 并以蒽醌-2-磺酸钠（AQMS）为杂交指示剂检测DNA序列的特异性. 结果表明: 基于石墨烯-金纳米粒子修饰的DNA传感器可选择性区分单碱基错配的目标DNA序列; 该传感器具有较高的特异选择性.     

自组装单层和多层衬底制备纳米碗的对比研究

采用不同自组装技术制备单层和多层有序聚苯乙烯微球模板.在此基础上,制备Co/Pt多层膜纳米碗阵列.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)对两种样品表面形貌和磁性进行了分析.结果表明:以单层和多层模板制备磁性多层膜纳米碗结构,在不考虑纳米点的相同条件下,只要微球直径相同,其制备的纳米碗Co/Pt多层膜磁性相同.