抗污染功能化导电聚合物纳米线的研制及在血清中microRNA检测应用

The biosensor can’t work in human serum because biofouling arises from nonspecific adsorption from the coexisting proteins. As a result, the biosensor can’t be used in biological samples. The antifouling surface effectively reduces the nonspecific adsorption from proteins. In this proposed study, the conducting polymer nanowires can be prepared using electrochemical methods; subsequently a thin layer of antifouling materials modify the nanowire surface through in situ copolymerization method, self-assembly method and chemical covalent bonding method. The novel nanowire composite can manifest the strong property of antifouling. The new nanocompotite combines the merits of conducting polymer (inherent electroactivity and good conductivity) with the properties of antifouling materials (excellent biocompatibility and fouling-resistant property). A gene biosensor with excellent properties of high sensitivity and selectivity will be constructed by further immobilization of probe DNA or PNA. At the same time, this project is to establish an evaluation system based on electrochemical technique to evaluate the antifouling performance of the modified material and the sensing interface. The biosensor is expected to be capable of realizing the direct detection of disease markers (microRNAs) with low concentrations in human serum without further separation and dilution. The biosensor has great potential in practical applications.

在血清中生物传感器因共存蛋白质非特异性吸附造成生物污染而失效，导致生物传感器不能在实际生物样品中直接使用。构建抗污染界面可以有效减少蛋白质的非特异性吸附。本项目拟采用电化学法合成导电聚合物纳米线，在其表面通过原位共聚法、自组装法、化学键合法等技术修饰上抗污染材料薄层，构建一种新型的抗污染功能化导电聚合物纳米线。这种新型纳米线复合物结合了导电聚合物纳米线的优势（固有的电活性和良好的导电性）和抗污染材料的特点（良好的生物相容性和抗蛋白质非特异性吸附）。利用此新型抗污染功能化纳米线复合材料固定特异性识别的DNA或者PNA探针，构建灵敏度高、选择性好的基因生物传感器，同时建立一个以电化学技术为主的评价体系，评估修饰材料和传感界面的抗污染性能。该新型传感器有望实现在不分离、不稀释条件下直接检测血清中低浓度疾病标志物MicroRNAs，有效推进生物传感器的实用化进程。

生物传感器在复杂生物样品使用时，因共存蛋白质非特异性吸附造成生物污染而失效，导致生物传感器不能临床实用化。项目的主要研究内容包括电化学聚合法制备导电聚合物纳米线，并将抗污染材料例如聚乙二醇、两性离子聚合物、多肽等修饰到纳米线表面，制备出以导电聚合物纳米线为核心、抗污染材料为保护层的纳米线复合物，考察并优化该功能化纳米线的抗污染性能（对单一蛋白质和复杂生物样品均要考察）。进一步修饰生物识别分子，构建了抗污染的microRNA生物传感器。首先，合成了聚苯胺、聚吡咯等导电聚合物纳米线。筛选常用的导电聚合物单体，采用电化学方法合成相应的聚苯胺、聚氨基苯甲酸、聚吡咯、聚（3，4-乙撑二氧噻吩）（PEDOT）等纳米线。其次，制备并优化了抗污染功能化导电聚合物纳米线。利用原位共聚法、化学键合法和自组装固定法将抗污染材料修饰到导电聚合物表面，构建一种新型的以导电聚合物为核心，抗污染材料为包覆层的复合材料。再次，构建抗污染基因生物传感器。通过电化学共聚法将生物识别分子和抗污染材料一起修饰到纳米线表面，成为抗污染功能化纳米线的一部分。制备的聚乙二醇修饰聚吡咯（PEG/PPy）纳米线成功结合了导电聚合物PPy纳米线的优异导电性能和PEG的抗污染性能。将DNA探针固定到PEG/PPy纳米线构建了一种超灵敏电化学生物传感器，该可用于传感器用于miRNA检测。通过亚甲基蓝的电信号变化来检测DNA/RNA杂交反应。0.10 pM ~ 1.0 nM 范围内microRNA与生物传感器的电信号之间呈线性关系。将抗污染生物传感器应用于病人血清样品中miRNA的检测。根据生物传感器的抗污染性能的好坏，以及该传感器的特异性和灵敏度，进一步优化生物传感器的制备条件，在复杂生物样品不需要稀释和繁琐的分离提取手续，直接检测miRNAs的基因生物传感器。