基于“巯基－炔”光点击交联的纳米图形化聚醚胺凝胶的研究

Large-scale high-through nanopatterned hydrogel with multi-functions is one of key points in fabrication of bio-chip and nanosenser. Based on our research in the fields of responsive poly (ether amine) and UV-nanoimprinting lithography (UV-NIL), we here demonstrates a simple, efficient and general method to fabricate nanopatterned hydrogel of poly (ether amine) through "thiol-yne" photo-click crosslinking. Functional groups such as fluorophores, biomolecules and polymer chain would be introduced to the nanopatterned hydrogel through click postmodification of the access yne or thiol groups. The obtained functional nanopatterned hydrogel will be further investigated as the novel platform for nanno-array of protein, which will find potential in application of bio-array. Due to the unique selective adsorption to the hydrophilic dyes by nanogel of poly (ether amine), we will investigate the nanopatterned hydrogel with fluorophores of poly (ether amine) in recognition of the guest hydrophiphilic dyes. This reseacrh will provide some fundmental understandings and novel ideas in fabrication and application of the nano-patterned hydrogel.

构造大规模、高通量的图形化、多功能化凝胶是生物芯片、微纳米传感器等微纳米器件的基础。本课题结合课题组在多重刺激响应性聚醚胺高分子和紫外纳米压印方面的研究工作，利用紫外纳米压印技术和"巯基－炔"光点击化学构造纳米图形化的聚醚胺凝胶，发展一套简单、有效、普适的构造功能纳米图形化凝胶的方法。通过对凝胶中剩余巯基或炔基的点击化学改性，引入不同的功能化基团如荧光分子、生物分子或高分子链，实现聚醚胺凝胶的功能化。利用不同功能化的纳米图形化聚醚胺凝胶作为平台，实现蛋白质分子的纳米排列，为其在生物芯片中的应用提供新思路；利用聚醚胺凝胶对亲水性染料选择性吸附的特性，探索含有荧光分子的聚醚胺凝胶纳米阵列识别亲水性染料的可能性，为图形化凝胶在微纳米传感器方面的应用打下基础。这一研究结果将为纳米图形化凝胶的制备和应用提供新的思路。

具有高通量的大规模图形化功能聚合物凝胶在现代科技如微纳米传感器、生物芯片、组织工程和微流体等领域应用十分广泛，特别是图形化凝胶因其在生物芯片和控制细胞定向生长等方面的独特应用一直是生物、化学和材料科学研究的热点。本研究基于我们在多重刺激响应性高分子聚醚胺和微纳米图案方面的研究上，发展一套简单、有效、普适的构造功能图形化凝胶的方法，实现了图形化凝胶的正交功能化，并将其应用于水溶液中染料分子的识别。主要研究成果包括：1）利用光刻和纳米压印等技术，通过“巯基－炔”光点击化学构造微纳米图形化的杂化聚醚胺凝胶。进一步利用图形化凝胶中剩余的巯基或炔基，通过基于巯基点击化学或基于炔基的点击化学，实现了图形化凝胶的正交功能化，为制备多功能凝胶提供了新思路；2）基于聚醚胺凝胶对染料分子的独特吸附选择性，以图形化聚醚胺凝胶为平台，利用图形化凝胶荧光图案的变化，实现了对染料分子的识别，拓展图形化凝胶在分子识别方面的应用；3）考察了基于聚醚胺高分子的凝胶与客体分子之间的相互作用，揭示了聚醚胺凝胶选择性吸附客体分子的亲疏水相互作用机理；4）通过“巯基-烯”与“氨基-环氧”顺序点击化学，一步法制备出含有硫醚基团的超支化聚硫醚胺高分子，即一步拓展了用于制备图形化凝胶的聚醚胺分子结构。该项目的相关研究工作在Adv. Mater.,Adv. Func. Mater., Macromolecules,Chem.Commun., J. Mater. Chem., Langmiur等刊物上发表了基金标注的SCI论文26篇（IF>3含24篇），申请和授权的中国国家发明专利3项。该项目还培养了硕士生3名，毕业3名；培养了博士生2名，毕业2名。