具有快速检测与杀灭生物有害物质协同功能的纳米纤维膜传感器

以前期发明的亲、疏水性和表面官能团不同的纳米纤维，和对纳米纤维及膜进行固相合成反应的研究为基础，设计具有快速检测与消灭细菌等生物有害物质的协同功能的纳米纤维膜传感器。将消灭活体细菌，释放出体内的三磷酸腺苷（ATP），使其向荧光素酶进行扩散，并在酶的催化下发出荧光进行检测的复杂过程构建到纳米纤维膜上。发展纳米纤维三维模版印刷成膜的新技术；解决将荧光素酶固定到纳米纤维膜表面的技术难题，使酶固定后仍保持较高的活性，并具有很好的稳定性，提高传感器的灵敏度和检测效率；揭示固定的荧光素酶与纳米纤维膜表面的相互作用机理及纳米纤维膜的物理、化学结构对酶活性的影响规律；研究消灭细菌并使释放的ATP分子向固定有荧光素酶的细菌检测区域扩散的关键过程的规律以及控制途径。全面评估具有协同功能的传感器的结构与性能的关系，为设计和制备具有复杂结构和功能的纳米纤维膜器件开辟出新的路线。

本项目按照原定计划开展，已经完成了原定目标并形成了相应的研究成果。制备出疏水的聚烯烃纳米纤维、亲水的聚乙烯-乙烯醇纳米纤维，以及聚酯、聚氨酯、聚乙烯共聚物等纳米纤维；研制出表面含有羟基、羧基和环氧官能团的聚合物纳米纤维；研制出直径在80-400纳米的尺寸可控的系列聚合物纳米纤维；研制出稳定的纳米纤维悬浮液，发明了模板印刷制备纳米纤维膜的新技术，在不同基体上印刷成厚度、图案、孔隙率不同的纳米纤维复合膜。. 发展了抗菌纳米纤维的制备及改性技术，主要设计了通过纳米纤维膜表面自组装、原子转移自由基聚合以及熔融自由基接枝共聚三种途径，实现了纳米纤维膜的快速杀灭细菌功能；通过“点击化学”方法在纳米纤维膜表面引入磺胺两性离子，使纳米纤维膜表面具有抗污性能，提高了纳米纤维膜生物传感器的灵敏度和检测效率；通过固相合成法在纳米纤维膜表面接枝亚氨基二乙酸(IDA)，制备得到具有吸附金属作用的纳米纤维膜，为更好实现纳米纤维膜生物的生物发光性能提供了基础和保障。. 设计并完成了通过固相合成、表面自组装的技术将荧光素酶成功固定在纳米纤维膜表面，研究了纳米纤维膜在功能化改性不同阶段的化学结构。纳米纤维膜的表面形态和活性官能团结构均会对荧光素酶的活性以及荧光素酶与纳米纤维膜表面的相互作用机理造成影响。为了实现快速消灭和检测细菌等生物有害物质协同功能的构造，研究了释放的ATP分子向固定有荧光素酶的检测区域扩散的关键过程的规律和控制手段，以及ATP浓度、反应时间对ATP-荧光素酶生物发光体系的影响。纳米纤维膜消灭细菌后，释放的ATP能够在短时间内完成向固定有生物素酶的细菌检测区域扩散，从而有效的实现了纳米纤维膜快速消灭和检测细菌等生物有害物质的协同功能。. 本项目通过3年的研究，形成了以下研究成果：发表SCI论文6篇；申请发明专利6项，其中2项已获授权；参加国际会议1次、国内会议2次；获得纺织协会科技进步奖二等奖1项，湖北省科技进步三等奖1项；经湖北省科技厅科技成果鉴定，项目达到国际先进水平；培养博士研究生1名，硕士研究生5名。