生物分子的可控组装及其在分子识别与癌症诊疗中的应用

In recent years, controlled self-assembly of biomolecules has attracted more and more interest. The physical and chemical properties of these ensembles can be regulated by changing the composition of the system and experimental conditions, leading to the potential applications in catalysis, electronics, sensing, medical diagnostics, and tissue engineering. Herein, we propose to prepare nanostructures using biomolecules as building blocks under different conditions and explore the mechanism of assembly. Then we will synthesize composite functional materials using ensembles of biomolecules as templates to construct sensor array. The sensor array mimicking animals taste system can be used for the analysis of a broad spectrum of target analytes. This extensible sensor will be expected to provide great promise for biomedical diagnosis and monitoring environment. It can break through the limit of the "lock and key" detection method. In addition, we propose to prepare intracellular oxygen sensor, drug delivery and cellular imaging system based on ensembles of biomolecules. The project will open up new possibilities in the fabrication of functional nanomaterials and provide new ideas for the study of diagnosis and therapy in the future.

近年来，生物分子的可控组装研究引起了人们的广泛兴趣。通过改变组装体系的成分及组装的环境可以调控得到组装体的物理和化学性质，使得自组装纳米材料在催化、电子学、传感、医学诊断、组织工程等诸多领域都有着潜在应用。本项目计划运用生物分子作为基本结构单元制备组装体，改变实验条件或掺杂不同的小分子配体，从而得到不同形貌、尺寸、物化性质的组装体，并探讨其组装机理。在此基础上，以组装体为模板合成复合功能材料，构建模拟动物味觉系统的阵列传感器，用于广谱的生物、环境分析，突破已有的基于特异性识别作用的“锁-钥匙”检测方法的局限性。此外，构建基于生物分子组装体的生物诊疗体系，使其能够应用于肿瘤缺氧环境的监测，药物运载释放及细胞成像领域。这一项目将大大拓展基于生物分子组装体的纳米材料的应用范围，为今后的生物诊断检测提供新的思路和方法。

生物分子的特性使其作为纳米材料的结构单元比传统的有机分子更具优势和吸引力。设计合成新的基于生物分子的组装体和纳米复合材料并将其应用于生物医药、环境监测、电子信息等领域，具有很重要的研究价值和意义。本项目运用生物分子包括核酸、核苷酸、蛋白、氨基酸等作为基本结构单元，制备了一系列纳米材料，研究了它们的组装机理及性质变化。在此基础上，构建了多种阵列传感器，用于广谱的生物、环境分析，突破已有的基于特异性识别作用的“锁-钥匙”检测方法的局限性。此外，构建了多种疾病诊疗体系，应用于药物运载释放及细胞成像，抗菌促伤口愈合等领域。这一项目拓展了基于生物分子的纳米材料的应用范围，为今后的生物诊断检测治疗提供了新的思路和方法。本项目按照预定计划实施，经过四年的工作，取得了重要的研究进展和一系列成果。主要研究内容为：(1) 制备了多种生物分子组装体，探讨其制备机理及外加条件对其性质的调控作用。(2) 功能纳米材料构建传感器和阵列传感器，用于环境、生物样品检测。(3) 功能纳米材料用于疾病治疗。四年内一共发表SCI收录论文21篇。