生物分子响应聚合物界面材料与器件

生物体系与人工材料的相互作用通常发生于它们的界面之上，因此对于生物及生物化学器件相关的应用，一个非常重要的课题是如何实现材料表面性质的调节和可控性。虽然包括申请者在内的国际国内多个研究组已经发展了多种能对外界刺激（如光电热等）具有良好响应性的智能界面材料，但由于响应机制的限制，这些材料尚难于满足相关的生物及生物化学器件应用的需求。本项目将发展一种新型的生物分子响应的智能聚合物界面材料，即通过生物小分子与表面的结合与释放能对材料的浸润性及其他表面性质进行有效控制。由于浸润性及相关性质直接影响了蛋白质、DNA等生物大分子在表面的吸附动力学以及细胞与基底的相互作用，所研究的材料将在药物释放、生物芯片、微流体器件等多方面有潜在的应用前景。以生物小分子调控的生物大分子在智能表面的可控吸附与释放为例，本项目还将在相关的应用研究方面做一些探索性的工作。

在生物及生物化学器件相关应用，一个重要的课题是如何实现材料表面性质的调节和可控性。生物分子的识别与相互作用是一切生命过程的基础，但通常都非常微弱，因此如果在生物分子识别与材料的宏观界面性质间建立桥梁，实现生物分子调控的材料界面性质的大幅度转变，将对材料的生物应用有重要意义。这同时也是响应性高分子材料发展中最具挑战性的课题之一，在我们的工作之前，国际上还很少有人报道。在本项目支持下，我们发展了一种全新的基于“识别（R）-介导（M）-功能响应（F）”三元协同的响应性高分子设计思想，在识别和功能响应单元中间引入介导单元，其中介导单元可同时与识别和功能响应单元通过氢键协同作用，将微弱的分子识别信号转变为高分子链的 “线-球”构象可逆变化，从而实现了生物分子调控的界面宏观性质的大幅转变。在此基础上开发出一系列具有生物分子敏感的聚合物界面材料与器件。该材料设计理念的提出为响应性高分子材料的发展指出新的方向，对生物材料与器件的开发与应用也有重要意义。相关工作在Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Soc. Rev.、NPG Asia Mater.、Adv. Funct. Mater.等上发表SCI收录论文6篇。获湖北省自然科学奖一等奖一项。