基于配位超分子的石英晶体微天平传感器对生物大分子的识别研究

The recognition of large biomolecules is one of the important subjects in chemistry. However, the exploration of theories, methods or technologies for recognizing biomolecules effectively and costly, simply and rapidly, as well as sensitively and selectively is still a great challenge. The key to solve the problem is to find a proper sensing materials and proper platform to transit the sensing process. In the current project, we will choose some supramolecular coordination compounds (including coordination polymers and supramolecular coordination complexes) as sensing materials to recognize biomolecules viaquartz crystal microbalance (QCM)sensing platform. Firstly, supramolecular coordination compoundswill be coated on Au substrates (or Au substrates modified withself-assembled monolayers). Then, the Au substrates coated with supramolecular coordination compounds are used in QCM to study their performance on biomolecular recognition. This project aims to study the thermodynamics,kinetics, and interaction mechanisms between supramolecular coordination compounds and biomoleculesand illustrate the relationship between the structures and properties. Finally, some new biomolecular sensors are expected to be obtainedbased on the above research.

生物大分子的识别是当前化学研究的重点之一。然而，能够高效经济、简单快速、灵敏专一识别生物大分子的新理论、新方法或新技术仍然是目前的研究难点。解决这一问题的关键在于寻找合适的传感材料以及为传感过程寻找合适的信号转化平台。本项目的研究主要是以配位超分子化合物为传感材料，利用石英晶体微天平（QCM）作为传感过程的信号平台来实现对生物大分子的识别。首先，本项目将选择一些配位超分子化合物将其负载到金或经过单分子层修饰的金表面上，再将这些负载有配位超分子化合物的金片组装到QCM中，借助QCM传感技术研究配位超分子与生物大分子之间相互作用的热、动力学以及作用机理等科学问题，并基于上述研究结果发展新的生物大分子检测技术。

生物大分子的识别是当前化学研究的重点之一。本项目以金属-有机框架材料（MOFs）和金属-有机笼（MOCs）等配位超分子为传感材料，利用石英晶体微天平（QCM）作为传感过程的信号平台来实现对生物大分子的识别。近年来，人们发现miRNA与多种疾病的发生和发展有着密切的联系，可能成为疾病监测的新的标志物。因此，本项目中，我们选取miRNA的检测为研究目标，取得的主要成果为：首次通过QCM传感技术研究了MOFs和MOCs与核酸分子之间的相互作用，并通过传统的荧光光谱和圆二色光谱等研究手段确认了该方法的可靠性。进一步地，基于选取的配位超分子与核酸分子之间的相互作用的模式与强弱，提出以配位超分子作为信号增强剂，应用于QCM传感器检测miRNA中，发展了几种miRNA的新的检测策略，实现了系列与疾病相关的miRNA的定量检测，与扩增技术联用的情况下，可以实现模拟和生物体系环境中特定miRNA的衡量分析。总体上，我们所发展的检测方法具有快速、灵敏和免标记物等特点。此外，在项目的资助下，我们还设计合成了系列新型的MOFs和共价-有机框架材料（COFs），并研究了它们在离子识别、化合物分离以及有毒污染物吸附中的应用。本项目完成后，发表SCI论文35篇，其中一区论文7篇，二区11篇，其它SCI收录论文14篇。申请发明专利1项。培养博士生3名，硕士生10名。