基于聚噻吩@天然大分子复合组装体系生物传感器的制备研究

Macromolecule self-assembly based molecules or molecular aggregates have created a new method for fabricating new materials. It is expected that after the chemical synthesis, the self-assembly would create more diversity of multi-scale new material, new functional materials and new functional device for humans. This work aims to fabricate ultrasensitive biosensor based on polythiophene@natural macromolecular composite micelles, combining macromolecular multicomponent complex assembly technology and he hierarchical assembly technology. The composite micelles are prepared from self-assembly of water soluble polythiophene and natural macromolecular via the weak interaction (such as hydrophobic and electrostatic interaction) between them. Subsequently, the resultant micelles are assembled on the surface of electrode to form a micelles film, using as a platform for immobilizing bioactive unit to fabricate ultrasensitive biosensor. To find the essence and rule for preparing biosensor based on polythiophene@natural macromolecular composite micelles, that the relationship of the structure of polythiophene and natural macromolecular, the structure of composite micelles, the structure of micelle film and the properties of biosensor will be systematically investigated. The fabrication ultrasensitive biosensor based on polythiophene@natural macromolecular micelles expands the application of natural macromolecular composite micelles in the field of biosensors.

大分子自组装以分子或分子聚集体为基本单元开创了构造新物质、新材料的新方法。人们期待在化学合成之后，自组装给人类制造出更丰富多彩的多尺度新物质、新功能材料以及新功能器件。本项目拟结合大分子自组装多组分复合组装技术及多层次多级组装技术，构建基于聚噻吩@天然大分子复合组装体系的高灵敏生物传感器。首先以天然大分子和水溶性聚噻吩为组装基元，通过疏水、静电等弱相互作用力复合组装得到复合胶束，赋予复杂组装体以生物相容及导电等功能；经固体界面组装在电极表面形成胶束膜，作为生物活性单元的修饰平台制备生物传感器。从组装基元的结构、复合组装胶束结构、胶束膜结构及生物传感器制备与性能等不同层面深入研究基于聚噻吩@天然大分子复合组装体系生物传感器制备过程中存在的科学问题，建立导电高分子@天然大分子复合组装体系制备生物传感器的普适性方法，拓展导电高分子@天然大分子复合组装体系在生物传感器研究领域的实际应用。

生物传感器技术是介于信息和生物技术之间的增长点，在临床诊断、工业控制、食品和药物分析、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中具有广泛的应用前景。目前电化学生物传感器发展中所遇到的焦点技术问题是如何通过一种简单有效的方法，实现生物活性单元在基底电极表面的固定化，并保持其生物活性的长期稳定性。本项目结合大分子自组装多组分复合组装技术及多层次多级组装技术，构建基于聚噻吩@天然大分子复合组装体系的生物传感器，实现生物活性单元在基底电极表面的固定化，具体研究内容包括以下几个方面：.（1）以三氯化铁为催化剂合成聚（3-噻吩甲酸），进一步与壳聚糖在水溶液中通过静电作用自组装为立方体形复合胶束，将其作为电极修饰材料制备生物传感器，该传感器在1×10-11～1×10-5 mol·L-1浓度范围内对H2O2具有良好的检测性能，同时具有良好的稳定性、重复性和实际应用性。.（2）以PEDOT:PSS与壳聚糖作为组装基元，在水溶液中通过静电作用自组装为球形复合胶束，将其作为电极修饰材料制备生物传感器，该传感器在1×10-10～1×10-5 mol·L-1浓度范围内对H2O2具有良好的检测性能，同时具有良好的稳定性、重复性和实际应用性。.（3）通过酰胺化反应将3-氨基噻吩接枝到γ-聚谷氨酸侧链，pH诱导聚合物自组装为球形胶束，将其二次组装在金电极表面，电聚合后制备生物传感器，该传感器分别在1×10-11～1×10-8 mol·L-1和1×10-8 ~ 1×10-5 mol·L-1浓度范围内对H2O2具有良好的检测性能，同时具有良好的稳定性、选择性、重复性和实际应用性。.（4）通过酯化反应将3-羧基噻吩接枝到淀粉侧链，经溶剂交换法自组装为球形胶束，将其二次组装在金电极表面，电聚合后制备生物传感器，该传感器在1×10-10～1×10-5 mol·L-1浓度范围内对H2O2具有良好的检测性能，同时具有良好的稳定性、重复性和实际应用性。.从不同层面深入研究基于水溶性聚噻吩@天然大分子复合组装体系生物传感器制备过程中存在的科学问题，拓展了聚噻吩@生物大分子复合胶束在生物传感器领域的应用。