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光功能共轭聚合物设计、合成及生物应用的基础研究
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2015
  • 中图分类:
    O631.3
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项目为基础研究,属于“功能高分子”与“光化学”交叉学科领域。发展重大疾病的早期、高灵敏诊断与治疗新材料与新技术对提高国民健康具有重大意义,是国家“十二五”科学和技术发展规划中的重点领域之一。基于分子水平的生物检测体系中由于生物探针分子与大多数的目标生物分子结合后其光学信号或电子特性不会发生显著变化,可满足临床实时、简便应用的生物分子传感体系相当有限。如何理解和认识具有信号放大功能的分子体系,并将其作为信号传导基元把生物分子结合事件的信息转化为可测量的光信号,这是该领域的核心科学问题。在分子水平上正确理解分子材料中的基本物理化学过程,设计发展光学功能化学分子及其检测体系是推动该领域获得突破性进展的关键。该项目以共轭聚合物为研究对象,利用其独特的π电子共轭结构与光学信号放大特性,建立和发展了基于荧光共振能量转移机制的快速、简便生物识别与检测方法,实现了重大疾病相关的基因、蛋白分子的高灵敏检测并获得与肿瘤的关联性信息;在该基础上设计了高效抗菌体系,实现了共轭聚合物在疾病治疗中的新应用。该研究在国际上获得了广泛关注和高度评价,将共轭聚合物的设计及其在生物领域应用的基础研究推向了一个新的层次。主要科学发现如下:1.设计合成了一系列新型水溶性共轭聚合物材料,阐明了它们的分子结构、聚集态与光物理性质的关系,通过高效荧光共振能量转移机制发展了生物识别与传感新方法。考虑分子间的化学作用力调控,研究了分子结构、聚集态与性能之间的关系,获得大吸光截面、高荧光亮度以及稳定性好的水溶性共轭聚合物。首次利用阳离子聚芴与荧光共振能量转移技术,实现了DNA甲基化的高灵敏检测,阐明了基因启动子的甲基化程度与肿瘤之间的关联性,揭示了联合多基因指标实现结肠癌早期诊断的可行性。2.通过水溶性共轭聚合物识别信号传导调控,实现了蛋白质高灵敏与高选择性传感,开创了以活细胞为靶点的快速、可视化抗生素荧光筛选新思路。通过构建共轭聚合物/酶底物分子体系,成功实现了酶活性的高灵敏与高选择性检测,并用于酶抑制剂的高灵敏筛选;针对病原菌日趋严重的耐药性问题,首次构建了以活细胞为靶点的快速、可视化抗生素荧光筛选体系。3.利用共轭聚合物髙效能量转移机制,提出了共轭聚合物疾病治疗应用的新策略。设计合成了新型水溶性聚噻吩,通过其与卟啉受体分子的高效能量转移,提髙了活性氧产生的效率以及抗菌效果,为发展新型的高效抗菌光敏剂提供了新方法,同时为克服细菌对抗生素的耐药性提供了科学依据。该项目在Nat.Protoc.(1篇)、Acc.Chem.Res.(1篇)、Chem.Soc.Rev.(1篇)、J.Am.Chem.Soc.(5篇)、Angew.Chem.Int.Ed.(4篇)以及Adv.Mater.(6篇)等杂志上发表核心论文20篇,SCI他引1314次,8篇代表性论文SCI他引747次。论文多次被同行在Chem.Rev.、Acc.Chem.Res.、Chem.Soc.Rev.、NPG Asia Materials以及Nano Today等学术杂志以及Nature China、RSC Chemistry World、Wiley Materials Views等学术网站作为亮点报道。项目成果获授权中国发明专利7项,获2014年度北京市科学技术一等奖。
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