基于抗体原位构建具有液晶传感器信号放大功能的系列聚合物刷及其检测心梗标志物的性能研究

Polymer brushes are hot research topics in the areas of biomedical materials because they are able to modify biomolecules such as antibodies. This research proposal aims to synthesis a series of antibody-conjugated hydrophilic polymer brushes in situ by using surface initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP) to amplify the signal of liquid crystal (LC) biosensors. First, the glass slide would be modified with a thin layer of hybrid silanes (DMOAP/PEG-silane) or mechanically rubbed copolymer brushes (containing carboxyl groups or epoxy groups) for anti-copeptin (Ab1) immobilization and LC pre-orientation. After an immunoassay, a secondary antibody incorporating an ATRP initiator (Ab2-Br) binds to the surface and a series of hydrophilic polymer brushes (P(MA-Na), P(HEMA), P(PEGMA), and P(DMAEMA) etc.) would be synthesized in situ. These polymer brushes are able to disrupt LC orientation thus amplify the signal of LC biosensors. This research would be helpful to understand the functions of polymer brushes on LC orientation, which would promote the development highly sensitive LC biosensors for clinical diagnoses of major diseases.

基于抗体构建的功能化聚合物刷是生物医用高分子材料领域的研究热点。本项目拟基于抗体原位构建系列亲水性聚合物刷，使其具有放大液晶传感器信号的功能，可用于和肽素（心梗标志物）等生物分子的可视化检测。首先拟利用含聚乙二醇（PEG）的单分子层硅烷偶联剂或摩擦取向的功能化聚合物刷（含羧基/环氧基以及PEG嵌段等）在玻璃基板表面构建抗蛋白质非特异性吸附、可用于和肽素抗体固定的液晶取向层。然后，利用夹心免疫反应和ATRP法原位、可控构建系列亲水性聚合物刷（P(MA-Na)、P(HEMA)、P(PEGMA)及P(DMAEMA)），系统研究不同类型和接枝度的聚合物刷对液晶分子取向的影响，并以和肽素的检测为例初步探讨聚合物刷对液晶传感器信号放大的作用，为构建新型、高灵敏度液晶生物分子传感器提供新的理论基础和科学依据，促进其在重大疾病检测中的应用。

生物标志物分子的快速、高灵敏、可视化检测对于癌症、心血管疾病等重大疾病的快速诊断与筛查具有重要的意义。本项目的研究内容包括：（1）基于抗体原位构建系列亲水性聚合物刷，使其具有放大液晶传感器信号的功能，可用于生物标志物分子的可视化检测。（2）通过在SiO2纳米颗粒表面构建多肽功能化聚合物刷，实现蛋白酶生物标志物分子的高灵敏检测与酶促动力学研究。（3）构建了聚丙烯酰胺水凝胶微阵列芯片，可以用于蛋白酶生物标志物分子的快速、高灵敏检测。在顺利完成了上述研究计划的基础上，项目负责人继续对本项目相关的科学问题进一步进行深入研究，并以本项目构建的新型多肽功能化聚合物刷为基础，开展了基于这种表面修饰技术在表面抗菌以及细胞黏附和迁移的调控等相关后续研究。本项目的研究为构建新型、高灵敏度液晶生物分子传感器提供新的理论基础和科学依据，对促进上述生物分子的快速检测在重大疾病检测中的应用以及生物医用材料的表界面修饰在细胞调控与表面抗菌方面奠定了科学基础。