智能嵌段聚合物的液滴微流控合成及其生化分析应用研究

In this work, a polymerization technique for obtaining block copolymers in droplet-based microfluidic chips will be studied. Meanwhile, several bioanalytical methods will be developed combining with the self-assembly of the block copolymers in solution and the modification of the block copolymers with biomolecules and small molecules. The investigation will include: (1) The droplet-based microreactors will be designed and constructed; (2) A droplet-based microfluidic synthesis for well controlled polymerization of block copolymers will be studied; (3) The methods for modification of the block copolymers with biomoleculers and small molecules (such as enzymes, chiral selectors, fluorescent molecules) will be explored; (4) The effect of the stimulus factors on the self-assembly of the responsive block copolymers will be investigated; (5) The prepared smart block copolymers will be employed to establish the analytical methods for chiral separation, enzyme kinetics, normal cells and cancer cells image. This explorative work will provide new strategy for the study of droplet-based microfluidic synthesis of block copolymers. Moreover, this research will expand the application fields of block copolymer materials in bio-analytical chemistry.

微纳材料的液滴微流控化学合成及其生化分析应用是目前分析化学的研究热点，但基于嵌段聚合物的液滴微流控合成方法及其生化分析应用研究急待突破。本申请拟发展嵌段聚合物的液滴微流控合成新方法，并拟结合嵌段聚合物的自组装行为及生物活性分子的修饰技术，发展一系列生化分析新方法，包括：1）构建液滴微流控合成新系统；2）发展嵌段聚合物的液滴微流控合成新方法；3）发展生物活性分子（如：酶及荧光分子等）在嵌段聚合物链上的修饰技术；4）探索不同刺激因素对智能嵌段聚合物自主装行为的影响；5）基于所合成的智能嵌段聚合物的特性，发展手性分析、酶反应及细胞成像分析新方法，并进一步探索与疾病诊疗的关系。若拟研究的方法能取得一些突破，将会为嵌段聚合物的液滴微流控合成、智能嵌段聚合物的刺激响应机理研究、手性分析、酶学研究及细胞成像提供新的方法和技术，并会促进液滴微流控化学合成研究与嵌段聚合物的生化分析应用研究领域的交叉发展。

构建了具有隔氧及加热单元的液滴微流控芯片合成系统，研究了聚合物的液滴微流控制备新方法及功能基团的修饰技术，探索了智能嵌段聚合物快速合成机理及其刺激响应机理；发展了聚合物基质的细胞成像、酶反应动力学、蛋白识别及手性分析研究新方法，发表SCI论文25 篇（9篇IF>5，14篇IF=3-5），获专利授权5项，参加国内外学术会议并作邀请及分组报告16人次；获中国分析测试协会科学技术奖（CAIA）一等奖一项。.具体创新点：① 构建了独特的液滴微流控芯片合成系统；② 发展了聚合物的液滴微流控快速制备新方法及功能基团的修饰技术；③ 采用聚合物分子温度计及细胞成像分析新方法，实现了药物刺激下细胞内温度变化的实时原位成像检测；④ 构建了聚合物多孔膜型酶反应器，基于其限域效应，实现了酶解效率的显著提升；发展了酶抑制剂筛选新方法；⑤ 结合聚合物识别基团及识别分析新方法，实现了手性高效分离及生理活性物质的选择性识别；⑥ 开展了聚合物荧光探针的活体生理活性物质代谢变化的实时在线分析研究，从活体层次揭示了脑缺血对生理活性物质代谢影响的分子机制；⑦ 揭示了聚合物液滴微流控快速合成制备机理，探索了智能嵌段聚合物的刺激响应机理。