光引发LDPE膜表面接枝聚合及高性能生物芯片的制备

摘要

材料表面的改性技术以其广泛的应用而发展迅速。近年来，生物医学的发展对材料表面的性能提出了更高的要求，进一步促进了材料表面改性技术的发展。光引发材料表面接枝聚合技术以其操作简单、绿色环保、过程易控、经济等优势成为研究热点。本论文中，以异丙基硫杂蒽酮(ITX)为起始光引发剂，研究了光引发和再引发材料表面的接枝聚合，实现材料的多层功能性的控制。在材料表层接枝一层抗污染层，再在表面接枝一层功能性的微阵列，以此为基础，进一步进行了蛋白质芯片和基因芯片的研究，发展了一种新型的三维生物芯片的设计方案。新型三维生物芯片实现了传统生物芯片难以达成的目标:同时具有很好的抗污染性能和高荧光信号强度。主要研究工作如下: 1，以低密度聚乙烯(LDPE)膜为聚合物基材模型，对LDPE膜亲水化处理，即在表面接枝一层亲水性好的聚合物刷。改性后，接触角由原来的102°变为37°，单位平方厘米膜面积对BSA的吸附量由6.42μg降至1.07μg，非特异性吸附蛋白的荧光强度也明显变弱，荧光中心强度由18.3下降到6.5。结果表明改性后的聚合物膜的亲水性极大改善，抗蛋白质非特异性吸附能力也明显加强，得到了一种抗蛋白质污染性好、可以用于再引发的具有生物应用意义的功能性薄膜。 2，在亲水性改性后的LDPE膜表面进行可见光激发再引发反应，在表面形成一层含有大量环氧基团的、结构稳定的三维图案微阵列。动力学实验表明接枝率随着时间增加而线性增长，再引发接枝反应为活性/可控。微阵列的厚度可以通过反应时间进行控制。在0-90 min内，可以实现微阵列厚度0-3.2μm的控制。三维微阵列厚度的可控性便于实现对功能性的环氧基团数目的控制，有利于实现单位面积内高密度的环氧基团。由于该三维微阵列薄膜可以同时具备抗污染、高环氧密度的功能性，对蛋白质芯片、基因芯片等生物芯片具有潜在的应用价值。 3，经过二次改性后的三维LDPE薄膜与荧光素标记的蛋白质在溶液中反应，蛋白质共价结合在膜表面形成了新型蛋白质芯片。研究表明，蛋白质在芯片表面的固定在2h后达到饱和;当聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)交联剂、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、丙酮的质量比例为1∶2∶2，微阵列厚度为2μm左右时可以得到理想的蛋白质芯片荧光信号，信号强度可达120 a.u.。 实验对蛋白质芯片的反应活性、灵敏度作了检测，同时对其医学诊断方面的应用作了探究。结果表明，三维蛋白质芯片反应活性好;灵敏度极高，可以探测1 ng/mL的蛋白质溶液;采用双抗体夹心法可以检测未知蛋白质浓度范围，具备一定应用前景。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 表面活性接枝聚合

1．1．1 表面活性接枝聚合的种类

1．1．2 ATRP法活性接枝

1．1．3 RAFT法活性接枝

1．1．4 NMRP法活性接枝

1．2 光引发表面活性接枝聚合

1．2．1 光引发表面活性接枝聚合的发展

1．2．2 光引发剂

1．2．3 基材

1．2．4 单体

1．2．5 光引发表面接枝聚合的应用

1．3 表面抗污染性改性

1．3．1 抗污染方法

1．3．2 表面两性离子改性

1．3．3 表面亲水化改性

1．4 表面三维立体化改性修饰

1．4．1 表面三维立体化修饰方法

1．4．2 光引发表面三维立体化修饰

1．5 表面生物大分子的固定

1．5．1 表面非共价固定生物大分子

1．5．2 表面共价固定生物大分子

1．6 生物芯片

1．6．1 生物芯片简介

1．6．2 基因芯片

1．6．3 蛋白质芯片

1．6．4 三维生物芯片

1．7 本论文的主要研究内容和创新

第二章 可见光引发LDPE活性接枝聚合及抗蛋白质非特异性吸附表面的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原料及处理

2．2．2 表面光引发剂的固定

2．2．3 表面引发活性接枝聚合

2．2．4 溶液中蛋白浓度测量方法的探究及膜表面非特异性吸附的测量

2．2．5 表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 表面光引发剂的形成

2．3．2 表面光接枝改性的表征

2．3．3 表面活性接枝聚合动力学

2．3．4 蛋白测量方法的探究

2．3．5 膜表面非特异性吸附的测量

2．4 小结

第三章 膜表面再引发活性接枝交联聚合及三维图案化策略

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料及处理

3．2．2 再引发表面活性交联接枝凝胶层

3．2．3 再引发三维图案化活性交联聚合

3．2．4 表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 表面再引发接枝改性的表征

3．3．2 再引发活性接枝凝胶层聚合动力学

3．3．3 再引发三维图案化表征

3．3．4 再引发三维图案化的活性／可控特征研究

3．4 结果与讨论

第四章 聚合物基三维低背景、高强度蛋白质芯片的制备

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 原料及处理

4．2．2 蛋白质的固定及功能化蛋白质芯片

4．2．3 蛋白质芯片功能及应用

4．2．4 表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 蛋白质芯片的形成及特异性结合

4．3．2 表面蛋白质固定动力学探究

4．3．3 蛋白质芯片的活性／可控特征研究

4．3．4 蛋白质芯片的功能性

4．3．5 蛋白质芯片功能及应用

4．4 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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