对单、双链DNA具有识别功能的电化学活性聚阳离子的合成及在特定DNA序列检测中的应用

对特定DNA序列的检测在基因相关疾病的诊断、法医学鉴定、军事反恐以及环境监测等方面具有非常重要的意义。电化学DNA生物传感器的快速发展，为特定DNA序列的检测提供了一个可靠、快速、廉价、灵敏的方法，日益受到人们的广泛关注。灵敏度和选择性是电化学DNA生物传感器实际应用中亟待解决的两个关键问题，设计和筛选高灵敏度、高选择性的杂交指示剂是解决这两个关键问题的有效而简便的途径之一。本项目以设计合成对单、双链DNA具有选择性识别功能的聚双吡啶盐为出发点，利用聚合物主链上的4,4'-双吡啶盐单元为电化学活性基团，以聚合物侧链上能够插入到双链DNA碱基对之间的嵌入基团为单、双链DNA的识别基团，通过系统研究聚双吡啶盐与单、双链DNA的结合方式，结合能力及结合动力学等的差异，旨在发展一类基于聚双吡啶盐的高灵敏度高选择性的杂交指示剂，实现对特定DNA序列及其单碱基错配序列的高灵敏度高选择性的识别和检测。

近年来，共轭聚合物作为生物传感元件，在生物大分子特异性识别和检测方面的研究受到人们的广泛关注。共轭聚合物具有强的光捕获能力，具有倍增光学响应性，可用来放大荧光传感信号，大大提高了检测的灵敏度，为生物传感器的发展提供了新的传感模式。目前，作为生物荧光探针的聚合物类型主要是聚芴、聚噻吩等的衍生物。本项目创新性地以主链阳离子型聚电解质作为探针，通过巧妙的结构设计将聚双吡啶盐的识别功能与其光电特性相结合，成功构建了一系列高灵敏度高选择性的DNA识别传感体系。项目整体按计划正常进行并完成了原计划的内容与目标。在J. Mater. Chem, Polym. Chem., Chem. Commun., Polymer等期刊上发表高水平学术论文16篇，培养硕士研究生6名，参加了2012年中国化学会第16届反应性高分子学术研讨会，发表会议论文3篇。本项目主要取得了如下研究成果：（1）主链含有联苯撑的聚双吡啶盐合成及在DNA检测中的应用。采用UV光谱，荧光光谱，电化学工作站等方法研究了聚合物与小牛胸腺DNA（CTDNA）的相互作用。发现加入CTDNA后，聚合物的荧光被显著淬灭，且淬灭程度与CTDNA的加入量成正比，据此建立了荧光测定CTDNA的方法。同时，聚双吡啶盐的电化学性质在加入CTDNA前后也呈现出规律的变化趋势，初步建立了以聚双吡啶盐为电化学指示剂定量分析CTDNA的方法。（2）主链含杯芳烃的聚双吡啶盐制备及在DNA检测中的应用。将杯芳烃结构引入到聚双吡啶盐主链上，不仅增加了聚合物链的柔性，使之能够与DNA二级结构更为匹配，而且由于该结构单元对离子有很好的包结络合能力，能够与DNA上的磷酸根对离子结合，进一步提高了聚合物链与DNA的结合能力，有利于形成稳定的复合物。根据聚合物/DNA复合物的形成导致的聚合物荧光光谱和电化学信号的规律变化，构建了以此聚双吡啶盐为探针的荧光和电化学传感体系。（3）主链含咔唑基团的聚双吡啶盐制备及在DNA检测中的应用。聚合物主链上双吡啶盐结构单元缺电子，而咔唑结构单元则富电子，通过分子内的电荷转移效应，聚合物本身具有很弱的荧光，一旦加入带有负电荷的DNA，通过静电相互作用，在DNA附近聚合物浓度增加，利用聚双吡啶盐的聚集诱导发光特性，体系的荧光强度大大增强，荧光强度的增量与DNA的浓度呈现良好的线性关系，进而成功实现了荧光开启的DNA定量检测。