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化学所在共轭聚合物生物传感领域取得系列重要进展

近年来,以共轭聚合物作为生物传感元件,在生物大分子特异性识别、检测方面的研究越来越受到人们的关注。共轭聚合物具有强的光捕获能力,具有倍增光学响应性,可用来放大荧光传感信号,为生物传感器的发展提供了新的传感模式。基于共轭聚合物的新型生物传感器在医疗诊断、基因突变观测、基因传输监控、环境检测以及国家安全防御等方面具有广泛的应用前景,是目前共轭聚合物研究的热点之一。

在国家自然科学基金委、中国科学院“百人计划”项目的支持下,中国科学院化学研究所有机固体重点实验室王树研究员等以水溶性共轭聚合物作为新型荧光探针,设计了系列基于共轭聚合物的生物传感体系,研究成果发表在美国化学会志(J.
Am. Chem. Soc.
澳门威斯尼人app手机版,)等重要学术期刊上。

他们利用共轭聚合物的荧光信号放大机理研究了富含G碱基的端粒DNA在钾离子存在下单螺旋与G四聚体构象的相互转化过程,发现该体系可选择性识别钾离子(J.
Am. Chem.
Soc.
2005,127,12343-12346);与美国加州大学圣巴巴拉分校的Bazan教授合作,通过双螺旋DNA
嵌入剂的选择性作用,实现了端粒DNA从G四聚体到双螺旋构象转化的高灵敏检测(J.
Am. Chem. Soc.
2006, 128,
6764-6765)。这些研究成果对高灵敏度的检测DNA分子的构象变化提供了新的手段。核酸酶作用下的DNA水解在DNA复制与修复生物过程中起着重要作用。通过构建阳离子聚噻吩/DNA自组装体系,利用DNA构向的改变控制聚噻吩的构象变化和聚噻吩的变色效应,发展了一种无标记的、方便快速、肉眼可视的检测DNA水解的新检测体系。该体系可以扩展到检测羟基自由基对DNA的损伤(J.
Am. Chem. Soc.
2006, 128, 14972-14976)。

他们通过调控共轭聚合物体系的电子与能量转移过程,扩展了生物识别与传感的范围。通过构建共轭聚合物/DNA自组装体系,利用不同的化学输入控制能量转移过程,调控荧光输出信号,实现了YES、NOT、AND、NAND、INH、INHIBIT以及XNOR的多逻辑门功能,为多种物质的同时检测提供了新的思路(Adv.
Mater.
2006, 18,
2105-2110);利用荧光共振能量转移原理,发展了基于共轭聚合物的新型高灵敏度过氧化氢与葡萄糖传感体系(Adv.
Funct.
Mater.
2006,16,91-94);通过调控共轭聚合物体系的电子转移过程,实现了对氮氧自由基以及抗氧化剂的灵敏检测(Chem.
Mater.
2006, 18,
3605-3610)。这些研究成果为将共轭聚合物建成为具有广泛应用的生物传感平台打下了良好的基础。

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共轭聚合物检测G四聚体DNA到双螺旋构象转化的原理图

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利用阳离子聚噻吩的变色效应,肉眼可视检测核酸酶水解DNA以及羟基自由基损伤DNA的原理图

有机固体院重点实验室

2006年11月30日

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