生物体内的奇妙物质-透明质酸在共轭聚合物荧光生物传感中的应用探索

近年来，基于共轭聚合物的荧光生物传感研究受到国际学术界高度重视。基于对生命体内奇妙的天然物质- - 透明质酸特性的深入分析，本项目首次提出将其应用于共轭聚合物荧光生物传感。透明质酸具有独特的多级分子结构、易进行化学修饰的优越特性、良好的水溶性和粘弹性，并且与生命体内多种分子的生理、病理活动密切相关。为克服目前共轭聚合物荧光传感材料主要采用单点识别模式的缺点，本项目拟设计制备以透明质酸进行生物功能化的水溶性共轭聚合物；通过透明质酸与特异性受体的相互作用，模拟生物体系的多点识别模式，诱导共轭聚合物产生放大的信号变化，达到高灵敏、高选择性生物检测的目的；并且，基于癌细胞病变局部透明质酸受体表达和浓度明显升高的现象，进行癌症肿瘤等重大疾病诊断的生物医学应用探索。

近年来，基于水溶性共轭聚合物的荧光生物传感研究受到国际学术界高度重视。基于对生命体内奇妙的天然物质——透明质酸特性的深入分析，本项目首次将其应用于水溶性共轭聚合物荧光生物传感。透明质酸具有独特的多级分子结构、易进行化学修饰的优越特性、良好的水溶性和粘弹性，并且与生命体内多种分子的生理、病理活动密切相关。为克服目前水溶性共轭聚合物荧光传感材料主要采用单点识别模式的缺点，本项目设计并制备了以透明质酸进行生物功能化的水溶性共轭聚合物，并通过透明质酸与特异性受体的相互作用，模拟生物体系的多点识别模式，诱导共轭聚合物产生放大的信号变化，达到高灵敏、高选择性生物检测的目的；而且，基于癌细胞病变局部透明质酸受体表达和浓度明显升高的现象，本项目还进行了癌症肿瘤等重大疾病诊断与治疗的生物医学应用探索。具体开展的研究工作包括以下几个方面。首先，设计、制备了数个系列不同主链构型、多维度的新型水溶性共轭聚合物材料，使其具有较高的荧光强度和化学稳定性，并根据将其进行透明质酸生物功能化的方法，在主链或侧链引入相应的功能基团；其二，深入研究了传感材料分子结构和聚集态结构与检测灵敏度之间的构效关系，阐明外界环境对共轭聚合物检测灵敏度影响的作用机制，将这些规律用于指导水溶性共轭聚合物的结构优化，并筛选出数种检测灵敏度高且抗干扰能力较强的传感材料；其三，系统探索了透明质酸生物功能化共轭聚合物与透明质酸特异性受体蛋白CD44、透明质酸酶等生物分子的相互作用，总结其对聚合物光物理行为和灵敏度的影响规律，并应用于模型生物传感体系中进行性能评价，开发了几种实用化的生物传感检测体系；其四，在原研究计划基础上，利用水溶性共轭聚合物优异的荧光性能和透明质酸的靶向特性及载药功能，初步将溶液中的荧光传感拓展至同时实现肿瘤细胞荧光成像、诊断与治疗。在本项目资助下，共发表相关研究论文12篇，其中SCI源论文9篇，申请中国发明专利6项。