纳米通道膜的功能化修饰研究

纳米通道膜的功能化修饰研究

论文摘要

离子通道能使生物膜选择透过各种营养物质和离子,这对细胞实现各种生理功能具有重要意义。生物膜离子通道在结构和功能上具有尺寸小、选择性高以及开关功能的特点。从生物膜离子通道获得启示,可对人工纳米通道进行智能化设计或修饰。经修饰的纳米通道在模仿、研究生物膜离子通道功能以及制备功能化的纳米器件中具有重要价值。本文首先对生物膜离子通道、人工纳米通道的功能化修饰进行了简要的综述,然后通过在纳米通道膜上修饰各种功能分子,使人工纳米通道具有各种选择性以及开关性,具体开展了以下几个工作:1.通过层层自组装将聚电解质修饰在聚碳酸酯纳米通道膜中,制备了具有电荷选择性的纳米通道膜。通过控制最外层修饰的聚电解质种类来控制纳米通道表面所带电荷类型,以负电荷染料荧光素钠以及正电荷染料罗丹明B为探针,考察表面带不同性质电荷的纳米通道膜的渗透性。结果表明,随着聚电解质层数的增加,纳米通道的孔径减小,每层聚电解质的厚度约为10 nm;当最外层修饰的是负电荷聚电解质聚苯乙烯磺酸盐(PSS)时,纳米通道表面带负电荷,纳米通道对正电荷染料罗丹明B的渗透速率大于负电荷染料荧光素钠;当最外层修饰的是聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)时,纳米通道对负电荷染料荧光素钠的渗透速率大于正电荷染料罗丹明B。这种电荷选择性纳米通道膜有望用于蛋白质的分离等方面。2.在金纳米通道膜上修饰聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm),制备了对温度敏感的纳米通道膜,以水溶性染料为探针考察了纳米通道的渗透性。结果表明,PNIPAm修饰的金纳米通道膜可以响应外界温度的变化:当温度为25 oC,即低于临界溶液温度(LCST)时,纳米通道表面亲水,渗透性大;温度为37 oC,即高于LCST时,纳米通道表面疏水,渗透性小。该纳米通道对温度的响应可逆,有望用于微阀门的制备、药物可控释放等领域。3.在金纳米通道膜上修饰末端带疏水基团的DNA分子马达,制备了对pH敏感的纳米通道膜。该DNA分子马达是一条具有特定序列的富含胞嘧啶的核酸片段,其构型对pH敏感,在酸性溶液中为四聚体构型,在碱性溶液中为直链构型。该DNA分子马达在不同pH值下构型的改变,将引起纳米通道孔径以及亲疏水性的变化。以pH不敏感的联钌吡啶为荧光探针考察了修饰有DNA分子马达的纳米通道的渗透性,结果表明,pH为4.5时纳米通道的渗透速率快,pH为8.5时纳米通道的渗透速率慢;DNA分子马达的构型变化随pH的改变是可逆的;纳米通道内亲疏水性质是影响纳米通道渗透性的主要因素。该pH敏感的纳米通道有望用于模拟离子通道,实现药物的可控释放。4.基于一维蛋白质微珠阵列芯片,发展了一种基于酶催化信号放大技术的蛋白质高灵敏检测方法。在微珠阵列中用鼠单抗捕获目标蛋白,并与多克隆抗体形成三明治结构,随后结合标记辣根过氧化物酶(HRP)的二抗。在H2O2存在下,HRP催化生物素化酪胺大量沉积在目标蛋白周围,通过生物素-亲和素交联将大量荧光探针聚集在微珠表面,实现对目标蛋白的高灵敏检测。该方法试剂消耗少,对甲胎蛋白(AFP)的检测下限达到0.5 pg/mL,满足临床检测的要求,在肝癌的早期诊断中具有应用前景。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 本文所用英文缩写词表
  • 第1章 绪论
  • 1.1 生物膜离子通道
  • 1.1.1 生物膜离子通道的概述
  • 1.1.2 生物膜离子通道的研究历史
  • 1.1.3 主要生物膜离子通道
  • 1.1.4 人工纳米通道
  • 1.2 纳米通道的选择性修饰
  • 1.2.1 纳米通道的修饰方法
  • 1.2.2 纳米通道的尺寸选择性修饰
  • 1.2.3 纳米通道的极性选择性修饰
  • 1.2.4 纳米通道的电荷选择性修饰
  • 1.2.5 纳米通道的分子识别修饰
  • 1.3 纳米通道的可控性修饰
  • 1.3.1 pH 响应可控纳米通道
  • 1.3.2 温度响应可控纳米通道
  • 1.3.3 电场响应的可控纳米通道
  • 1.3.4 其他敏感纳米通道
  • 1.4 本文拟开展的研究工作
  • 第2章 基于聚电解质的电荷选择性纳米通道
  • 2.1 前言
  • 2.2 实验部分
  • 2.2.1 主要仪器和试剂
  • 2.2.2 实验方法
  • 2.3 结果与讨论
  • 2.3.1 实验原理
  • 2.3.2 聚电解质层数与孔径的关系
  • 2.3.3 聚电解质修饰纳米通道的电镜表征
  • 2.3.4 电荷选择性考察
  • 2.4 小结
  • 第3章 基于聚N-异丙基丙烯酰胺的温度敏感金纳米通道
  • 3.1 前言
  • 3.2 实验部分
  • 3.2.1 主要仪器和试剂
  • 3.2.2 实验方法
  • 3.3 结果与讨论
  • 3.3.1 温度敏感纳米通道响应原理
  • 3.3.2 纳米通道的电镜表征
  • 3.3.3 纳米通道膜对温度响应性考察
  • 3.3.4 温度响应的可逆性考察
  • 3.4 小结
  • 第4章 基于DNA 分子马达的pH 敏感纳米通道
  • 4.1 前言
  • 4.2 实验部分
  • 4.2.1 主要仪器和试剂
  • 4.2.2 实验方法
  • 4.3 结果与讨论
  • 4.3.1 实验原理
  • 4.3.2 DNA 分子马达在金纳米通道膜上的修饰
  • 4.3.3 DNA 构型变化所需时间的考察
  • 4.3.4 DNA 分子马达修饰的金纳米通道膜对pH 响应的可逆性考察
  • 4.3.5 引入DNA 分子马达互补链的效果考察
  • 4.3.6 影响纳米通道渗透性的主要因素考察
  • 4.4 小结
  • 第5章 催化报告探针沉积技术高灵敏检测甲胎蛋白
  • 5.1 前言
  • 5.2 实验部分
  • 5.2.1 仪器和试剂
  • 5.2.2 实验方法
  • 5.3 结果与讨论
  • 5.3.1 实验原理
  • 5.3.2 甲胎蛋白抗体微珠的制备
  • 5.3.3 实验可行性的考察
  • 5.3.4 实验条件的优化
  • 5.3.5 灵敏度考察
  • 5.4 小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录攻读学位期间所发表的学术论文目录
  • 致谢
  • 相关论文文献

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