有机阳离子功能化纳米材料的结构设计合成及在活体分析中的应用研究

The research of quantitatively monitoring the levels of bioactive molecules in neurochemistry process has been one of the hot research fields of analytical chemistry for life sciences, because neurochemicals have participated in the transmission of information and various processes in brain related to physiology and pathology. In this project, we plan to develop new sensing platforms for determination of various bioactive molecules in rat brain with high sensitivity and specificity. The graphene and polyaniline are going to be modified with the electropositive organic group (e. g. quaternary ammonium salt, imidazole cation, etc), and the surface of them will be easily assembled with electroactive mediators or coenzymes through intermolecular interactions. The possible mechanism of interaction between them will be proposed. Additionally, the well-connected nanostructures will offer a biocompatible microenvironment for increasing the quantity and bioactivity of immobilized enzymes, leading to high sensitive and selective online detections of the bioactive molecules. This strategy may not only promote the applications of new functional nanomaterials based on intermolecular interactions in the in vivo analysis, but also offer an effective approach to developing sensitive sensors for the detection of neurochemicals with low concentrations.

对脑神经过程中的化学物质进行实时定量分析和监测一直是科学家殚精竭虑研究和解决的重大问题，因为在脑神经过程中的信息传递或者在各种生理和病理过程中，都有相关化学物质的参与。本项目拟将带正电荷的有机基团（如季铵盐、咪唑阳离子等）通过有机合成修饰到石墨烯的表面和聚苯胺纳米材料上，通过分子间相互作用可以将有电化学活性的介体或者辅酶简单组装到材料表面，并对它们之间的相互作用进行机理研究。利用形成的三维结构和相互作用可以有效地提高生物酶的固定量并保持其生物活性，构建基于分子间相互作用的生物传感平台，与活体微透析取样技术结合，可以实现活体分析中多种生理物质的高选择性高灵敏在线检测。本项目不仅发展了基于分子间相互作用的复合纳米材料在活体分析领域的应用，也为研制新型的神经物质的活体在线生物传感平台奠定了基础。

为了了解脑神经过程中生物分子的作用，对这些物质进行活体、实时、动态分析是了解神经活动的基本过程、研究脑功能和脑神经系统的生理过程以及调查很多重大神经系统疾病的发病机制和病理过程的前提和基础。因此，发展高灵敏的、高选择性的新型活体在线分析方法，实现脑内生理活性化学物质的有效检测，将为从分子层次上认识和研究脑神经过程中的化学本质提供可能。本项目针对分析方法研究中存在的瓶颈问题，基于电化学基本原理和生物化学传感技术，利用功能化碳纳米材料的优异的物理、化学性质与良好的生物相容性，设计、合成和筛选具有特异性目标生物小分子识别功能的新型纳米复合材料，设计适宜的传感界面，从而发展能够对痕量重要生理活性物质分析具有高灵敏度、高选择性的分析检测技术，并探索其在实际生物样品分析中的适用性，取得了良好的检测效果。项目的实施可以丰富活体分析化学的研究内涵，为生理活性物质分析提供新的机理和检测方法，具有重要的科学意义和实际应用价值。