聚丙烯酸球刷的可控合成及其在生物检测中的应用

摘要

聚合物球刷是将聚合物的一端以较高密度接枝于纳米颗粒等球形载体上所形成的新型材料，是高分子科学与界面科学相结合的产物。由于其丰富多样的组成、定义清晰的结构和独特的表面性质，聚合物球刷引起了这一领域研究者的广泛兴趣。在前人的研究基础上，本文以聚丙烯酸球刷（SPAABs）为研究对象，针对本领域尚未解决的科学与应用问题，从材料的合成与表征，与蛋白的相互作用和在生物检测中的应用三个层面展开了研究。
　　在材料合成与表征方面，本文实现了对SPAABs的简便可控合成与全面精确表征。本文设计了一种新的表面引发可逆加成-断裂连转移聚合路线（SI-RAFT），通过合成新型的带有硅烷功能基团的RAFT链转移试剂（RAFT CTA），大大简化了合成步骤，克服了传统SI-RAFT对合成技术要求高，过程复杂的缺陷。用多种手段对SPAABs的关键结构参数进行了表征，实现了对材料结构的精确调控，并用动态光散射（DLS）研究了SPAABs在水溶液中的构象及其特有的响应特性。同时，利用RAFT端基在紫外区高强度的特征吸收峰，本文提出了基于紫外-可见光谱（UV-Vis）的拟合法定量分析方法，成功应用于对RAFT CTA的固定化密度，活性链段的接枝密度，聚合物分子量，二次引发效率，蛋白结合量等关键指标的定量。材料的可控合成与精确表征为研究SPAABs与蛋白相互作用的规律奠定了坚实的基础。
　　在蛋白相互作用方面，本文分别阐明和提出了SPAABs对蛋白共价固定化的新机制与新方法。通过对经典的琥珀酰亚胺/碳二亚胺（NHS/EDC）偶联化学中SPAABs在不同pH值条件下NHS酯水解动力学，蛋白固定化动力学的研究以及与常规羧基颗粒的对比，揭示了静电作用在SPAABs共价固定化蛋白的过程中的主导性作用，并阐明了在不同条件下静电作用与化学反应的竞争性关系及其对蛋白结合量的影响。在此基础上，本文提出了一种型的共价固定化方法——“静电捕获后化学偶联（CCEE）法”。利用SPAABs独特的“Donnan”效应，通过串联的静电捕获与化学偶联过程，实现了高结合量的蛋白固定化，并克服了静电吸附稳定性差的问题。SPAABs对蛋白共价固定化机理与方法的研究，为发挥SPAABs作为高效蛋白载体的优良性质，实现其在生物检测中的应用铺平了道路。
　　在生物检测应用方面，本文开发了以SPAABs为标记物的新型超灵敏酶联免疫分析（ELISA）系统。在前期研究的基础上，采用CCEE法和NHS/ EDC过程在SPAABs的内部和外侧分别固定了辣根过氧化物酶（HRP）和抗体，使得 SPAABs成为同时具有高效捕获待测物和大幅放大检测信号双重功能的超灵敏标记物。由于SPAABs对酶的高结合量及对酶活性的良好保持，使得SPAABs标记物的信号放大效果远远高于常规载体。以人绒毛膜促性腺激素（hCG）为模式待测物，SPAABs放大系统实现了对传统ELISA检测灵敏度267倍的提高，展现了其在疾病早期体外诊断中的良好应用前景。

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符号说明

第一章 绪论

1.1 聚合物刷的定义与分类

1.2 聚合物刷的合成方法

1.3 聚电解质刷

1.4 本文的研究目的、内容与创新点

参考文献

第二章 聚丙烯酸球刷的合成与结构调控

2.1 引言

2.2 实验

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章 RAFT端基的定量及拟合法在球刷表征中的应用

3.1 引言

3.2 实验

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 聚丙烯酸球刷对蛋白的共价固定化机理

4.1 引言

4.2 实验

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

参考文献

第五章 聚丙烯酸球刷对蛋白的共价固定化方法

5.1 引言

5.2 实验

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

参考文献

第六章 聚丙烯酸球刷在酶联免疫分析技术中的应用

6.1 引言

6.2 实验

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

参考文献

结论与展望

致谢

攻读博士期间发表的论文与专利

答辩决议书