微纳米限域空间内聚集诱导发光分子的组装行为在生物/化学传感器中的应用

Recently, aggregation-induced emissionmaterials (AIE) molecules and functional micro/nano-channels are frontier areas in bio/chemo-sensors with their own advantages. Both of them, however, have individual limitations. The sensitivity of AIE-based bio/chemo-sensors is still needed to be improved in practice. The assay techniques based on micro/nano-channels are not only limited but also subject to external interferences. Applying AIE molecules into micro/nano-channels could conquer their short comings, which will be the new route to design space-confined aggregation-induced emission bio/chemo-sensors. Since various micro/nano-channels (confined space) are existed in the organism of nature, the new bio/chemo-sensors lay good foundation for the implantable sensors. This project will focus on the sensing behavior of aggregation-induced emission probes in micro/nano-channels, and will be carried out in following these aspects. (1) With the success achieved previously, a series of aggregation-induced emission probes will be synthesized. (2) The micro/nano-channels with different sizes, different functional groups and different modification methods will be used in our project. (3) I-V curves study on the self-assemble of aggregation-induced emission probes will be carried. (4) Fluorescent study on the self-assemble of aggregation-induced emission probes will be also carried. (5) Testing this sensor system into the complex environment will be carried. The project would supply experimental data and mechanism to develop the novel, practical and implantable bio/chemo-sensors.

近年来，具有聚集诱导发光效应（AIE）的材料和功能微纳米孔道材料分别在光化学和电化学传感领域有出色的表现，但是也有着各自的局限性，具有AIE效应传感器的灵敏度还有很大的提升空间，而微纳米孔道检测手段单一易受到外界干扰。本项目拟将两种材料有机结合，取长补短，以智能微纳米孔道作为限域空间模版，模拟生物体中的微纳米孔道，开发出新型具有聚集诱导发光效应的传感器，来满足现代社会对传感器实用性的要求。因此，本项目的研究着眼于探索检测物与聚集诱导发光分子在微纳米孔道中的聚集情况对跨膜电流和荧光信号产生的影响及作用机制，实现聚集诱导发光分子在微纳米孔道中对生物/化学样品的高灵敏检测，进而开发出具有高灵敏度和强抗干扰能力的传感器，用于对复杂的生理环境和实际样品检测。本项目的顺利实施，将为新型实用化生物/化学传感器的构建提供重要的理论和实验基础。

近年来，具有聚集诱导发光效应（AIE）的材料和功能微纳米孔道材料分别在光化学和电化学传感领域有出色的表现，但是也有着各自的局限性，具有AIE效应传感器的灵敏度还有很大的提升空间，而微纳米孔道检测手段单一易受到外界干扰。本项目将两种材料有机结合，以智能微纳米孔道作为限域空间模版，模拟生物体中的微纳米孔道，开发出新型具有聚集诱导发光效应的传感器。本项目首先设计、合成含功能基团的AIE分子并研究这些AIE分子在检测端粒酶活性、基因片段损伤、microRNA和金属离子，细胞成像与药物运输等方面的应用。其次制备不同形貌的纳米孔道，开发基于纳米孔道的检测系统、研究3D DNA超级结构对固体纳米孔道的门控效应、构建限域孔道内功能化“双面神”结构环。然后在前二者基础上，开展纳米孔道内AIE分子的组装行为在生物/化学传感器中的应用研究，以光电信号协同作用揭示纳米孔道内“洋葱”生长机理及其应用，借助DNA探针序列演变揭示限域空间中蛋白质-DNA结合现象。此外，本项目还在极性有机溶液加速DNA链置换反应、手性识别检测系统的构建与应用、响应性核酸序列的设计与应用、新型纳米治疗剂的开发等方面取得一定的成果。最后，本项目还在等温扩增技术应用于生物传感器、基于AIE分子的有机点在双光子荧光生物显影方面的应用、基于等温放大的端粒酶活性检测、基于DNA杂交链式反应和DNA超级三明治自组装的超灵敏检测、基于光学和力学的单分子核酸成像研究进展等方面发表综述文章。本项目的顺利实施，为新型实用化生物/化学传感器的构建提供重要的理论和实验基础。