新型手性响应的智能生物界面材料的构筑及应用.doc

武汉理工大学自主创新研究基金项目申请书（本科生类2012版）版本0315133650请注意！您没有启用宏！您可以：1. 查看申请书2. 填写第三部分（经费申请表）和第四部分（报告正文），关闭前请手动保存文档您不可以：（下述操作需要启用宏）1. 打印申请书2. 填写第一部分（填写【申请人信息】和【项目信息】）3. 填写第二部分（填写项目主要成员【1】至【8】，调整其【次序】）4. 【检查与保护】5. 【再编辑文档】6. 填写【项目编号】本申请书使用宏来实现辅助填写和自动检查等功能。启用宏的方法：WORD 2003用户：1. 菜单栏【工具】【宏】【安全性】“安全级”选“中”；2. 关闭本文档并重新打开；3. 打开时选择启用宏。WORD 2007、2010用户：点击弹出的安全警告栏（位于工具栏下方），选择【选项】，然后选择“启用此内容”并确定。武汉理工大学2012年3月受理部门校团委/教务处武汉理工大学自主创新研究基金项目申请书（本科生类，2012版）项目类型：学生自主申报项目项目子类：学生自主申报项目项目名称：新型手性响应的智能生物界面材料的构筑及应用专业类别：0704 生物科学类申请人：许培伦联系电话子邮箱：1293181570所在单位：理学院申请日期：2012年03月15日填写说明1、填写申请书前，请认真阅读武汉理工大学自主创新研究基金管理暂行办法(校科字20097号和武汉理工大学自主创新研究基金本科生项目实施细则。2、申请书各项内容要实事求是，逐条认真填写。请严格按照要求填写申请书，形式审查不合格的项目申请将被视为无效申请。3、本申请书包括五个部分：一、基本信息表（申请人信息、项目信息），二、项目组主要成员表，三、经费申请表，四、报告正文，五、签字盖章页。其中前三个部分的信息（简称申请信息）将进入学校数据库。4、本申请书（Word文档）中内嵌了自动化程序脚本（宏），以辅助申请人填写前三部分，检查所填内容并保护文档。1）点击第一、二部分表格左侧的按钮：申请人信息，项目信息， 1 至 8 以及次序，将弹出编辑窗口；请在编辑窗口中输入或选择。编辑窗口中带红色星号项的为必填项；编辑窗口下方信息栏会实时给出填写提示和错误提醒。2）在第三部分（经费申请表）中，请填写年度经费预算下7项预算科目两年的预算经费及备注，经费将被自动汇总。5、第四部分（报告正文）可直接在本申请书中填写；建议在其它Word文档中编辑完毕后，再复制到本申请书。6、点击尾页或此处的，应用程序将自动检查申请信息的完整性和一致性，如有问题会提示更正。通过检查后，将提示您补全申请书首页即将显示出的申请信息概要（包括项目类型、项目子类等），随后以只读方式保护申请书并将其设置成适合最后打印与提交的样式。最后打印与提交的申请书首页应具有申请信息概要。7、如需再编辑文档，包括更改前三部分的申请信息和第四部分的报告正文，请点击尾页或此处的。再编辑后需再次检查与保护。每次检查与保护后申请书会以新的文件名（版本号）保存。请勿重命名。旧版本可自行删除。8、点击申请书首页或此处的，可填写由教务处/团委指定的项目编号。9、申请书为A4开本，于左侧装订成册，双面打印。需向教务处/团委报送两份申请书原件（有关各方签字、签署意见并签章后，由学院统一报送）。10、填报申请书的详细说明，请参考自主创新基金项目申请书使用说明（本科生类）。一、基本信息表姓名许培伦性别男民族汉族出生年月1990-08身份证号0121014660212学院理学院专业班级生物技术1002电Q1293181570电子邮箱1293181570申请人曾参与科研情况（限100字）暂无指导教师姓名职称/学位所在单位联系电话电子邮箱张静丽讲师/博士理学项目名称新型手性响应的智能生物界面材料的构筑及应用项目研究所属专业/学科专业类别代码0704二级学科代码18017专业类别名称生物科学类二级学科名称生物化学申请经费（万元）0.88起止年月2012-03至2013-03研究预期成果类型首选1.自然科学类学术论文关键词（分号分隔，最多五个）新型手性；智能；生物界面材料中文摘要（限400字）近几年来，如何对材料的表面性质进行调节和控制已经成为新的研究热点。国际上多个课题组分别从不同的角度发展了多种智能响应界面材料，尤其是手性功能表面与生物体的相互作用。由于这些特性，在生物芯片、疾病检测、药物控释、生物分离等诸多领域具有广阔的应用前景。如异丙基丙烯酰胺是一种著名的温度响应智能聚合物材料，更重要的是其可逆的氢键相互作用机制（这也是生物体系中生化过程的一种重要机制）为智能生物界面材料的开发提供了一个很好的平台。如何通过引用其他供能基团或响应单元到响应体系内，发展具有特殊生物功能性的新型智能生物界面材料方面的研究工作，对新一代智能生物材料的开发具有重要的基础研究意义。我们希望我们设计的新型手性智能生物界面材料能实现对温度、pH值、离子、药物分子、生物小分子、手性分子等刺激的智能响应，能调控材料表面的各种宏观和微观性质，为我们进一步地向智能生物医学期间方向迈进的研究工作打好坚实的基础。10武汉理工大学自主创新研究基金项目申请书（本科生类2012版）版本0315133650二、项目主要成员表姓名学院年级专业班级学号电话项目分工 年参加月数签名许培伦理学院大二生物技术1002012101466021218064129398项目负责人10罗聪理学院大二生物技术1001012101466012313469977865项目组员10陈黛悦理学院大二生物技术1001012101466012115527333206项目组员10陈丽丹理学院大二生物技术1001012101466012915527372682项目组员10李久香理学院大二生物技术1001012101466011715527369313项目组员10占飞理学院大二生物技术1002012101466021515527372870项目组员10参与人数统计子表：总人数大一大二大三大四大五研一研二研三66说明：a)项目申请人排第一位；点击表格左上角“次序”按钮，可对其他项目成员次序进行调整。b)请手工输入参与人数统计子表。如总人数未及时更新，请任选一项，按TAB键。武汉理工大学自主创新研究基金项目申请书（本科生类2012版）版本0315133650三、经费申请表预算科目申请经费（万元）年度预算经费（万元）备注（计算依据与说明）201220131.设备费0.060.06数显型磁力搅拌器、旋转蒸发仪、箱式紫外灯等2.材料费0.600.60化学试剂、手性试剂、溶剂、硅片、玻璃仪器、真空泵、小电器等3.测试化验加工费0.200.20手性化合物的结构表征、手性膜的表征、性能测试、理论计算4.差旅费0.005.会议费0.006.国际合作与交流费0.007.出版/文献/信息传播/知识产权事务费0.020.02复印、打印、上网查询、出版论文费总计0.880.880.00说明：请手工输入年度经费预算下7项预算科目两年的预算经费及备注。只需填写不为零的项；有预算经费的科目，必须填写备注。如总计行未及时更新，请任选一项，按TAB键。四、报告正文1、项目背景及研究意义（附主要参考文献及出处）智能生物界面材料主要关注生物个体（如细胞、生物分子等）与智能界面材料间的相互作用，通过外界刺激（如光、电、热等）对其界面性质进行智能调控，进而控制细胞及生物分子在材料表面的行为。经过文献调查，国内外很少有人研究手性智能生物界面材料对外界手性刺激的识别和响应，特别是有关设计一些新型的手性分子识别单元（如氨基-硫脲类小分子）以及将这些单元引入到各种智能响应体系中的研究，迄今为止尚未见有报道。因此，对新型手性响应的智能生物界面材料的构筑及应用进行深入的研究，围绕下述学术问题展开系统探索：（1）是否可以通过我们对手性小分子结构的调控来控制手性智能生物界面材料的宏观性质以及吸附到表面上的生物大分子种类；（2）我们构筑的含手性药物分子的智能界面材料能否与细胞、蛋白质、DNA链等生物活性分子有效地作用，从而为我们设计良好的医用生物材料起到有效的指导作用，具有重要的学术意义和应用前景。参考文献：1 T. Sun, L. Feng, X. Gao and L. Jiang, Acc. Chem. Res., 2005, 38, 644-652.2 T. Sun, G. Wang, L. Feng, B. Liu, Y. Ma, L. Jiang and D. Zhu, Angew.Chem. Int. Ed., 2004, 43, 357-360.3 Y. Zhao, X. Cao and L.Jiang, J. Am. Chem. Soc, 2007, 129, 764-765.4 K. Tang, J. Zhang, W. Yan, Z. Li, Y. Wang, W. Yang, Z. Xie, T. Sun and H. Fuchs, J. Am. Chem. Soc.,2008, 130, 2676-2680.5 G. Qing, X. Wang, L. Jiang, H. Fuchs and T. Sun, Soft Matter, 2009, 5, 2759-2765.6 G. Qing, X. Wang, H. Fuchs and T. Sun, J. Am. Chem. Soc, 2009, 131, 8370-8371.7 L. Li, Y. Zhu, B. Li and C. Gao, Langmuir, 2008, 24, 13632-13639.8 T. Sun, D. Han, K. Rhemann, L. Chi and H. Fuchs, J. Am. Chem. Soc, 2007, 129, 1496-1497.9 K. Tang, H. Gan, Y. Li, L. Chi, T. Sun and H. Fuchs, J. Am. Chem. Soc, 2008, 130, 11284-11285. 10 H.Gan, K. Tang, T. Sun, M. Hirtz, Y. Li, L. Chi, S. Butz and H. Fuchs, Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 5282-5286.11 X. Wang, H. Gan and T. Sun, Adv. Funct. Mater., 2011, 21, 3276-3281.12 G. Qing and T. Sun, Adv. Mater., 2011, 23, 1615-1620.2、项目研究目标、研究内容和拟解决的关键问题手性识别和对映选择性相互作用在许多生物过程和决定生物大分子活性中扮演着重要的角色，在化学中，生物大分子的构象一般是通过光谱和波谱的方法来测定，由于一对对映体具有相同的化学成分和物理性质，通过材料的宏观表现来检测生物分子的对映异构体对于化学家来说是一种非常大的挑战。开展本项目的主要研究目标是希望通过将一些新的手性识别单元引入到聚合物体系，构筑一些新型手性响应的智能生物界面材料对各种各样的外界手性刺激进行识别。研究内容主要集中在以下两个方面：（1）基于我们课题组之前的工作，手性智能界面材料虽然可以通过手性二肽识别单元-氢键调节单元-智能响应单元之间的协同作用来对外界手性刺激进行识别，但识别仅对象限于糖溶液；我们希望通过将设计的新型手性氨基-硫脲类小分子引入到聚异丙基丙烯酰胺体系，将手性识别单元与氢键调节单元合二为一，形成手性识别氢键调节单元-智能响应单元的二元共聚物体系来实现对氨基酸、糖、肽链、蛋白质等生物活性分子以及手性药物的识别与智能响应。（2）由于一些药物分子中引入氟原子后其药物活性和生物活性大大改善，我们希望通过将一些含氟的手性药物分子引入到智能聚异丙基丙烯酰胺体系后，探索一下各种细胞、蛋白质、DNA链等生物活性分子在这样的手性表面上的吸附行为和活化行为；或者将这些功能分子引入到pH敏感的智能材料中探索一下它的响应行为。拟解决的关键问题：分子识别是自然界最普遍的现象之一，有关分子识别的一个重要课题和发展方向就是用手性响应的智能生物界面材料去选择性识别旋光异构体以及生物活性分子。手性响应的智能生物界面材料的研究在药物的设计与合成、大分子的识别和提取（包括蛋白质、多糖甚至DNA等的识别）、位置定向及探针或药物的传送，不对称分子催化以及手性检测和分离等多领域中发展。例如，蛋白吸附是体内对生物材料响应的第一步，如果能够控制吸附到表面上的蛋白种类，这将会非常有用。由于至今为止很少有人研究手性智能生物界面材料对外界手性刺激的识别和响应，而且由于生物大分子大多具有手性，为了更好地实现手性智能界面材料与外界手性刺激的识别和响应。 本项目拟解决的关键问题主要包括（1）设计有效的新型手性小分子识别单元；（2）新型手性小分子单元如何引入到如温敏、光敏、热敏等智能聚合物体系中；（3）通过调控手性小分子的微观结构来控制吸附到表面上的生物大分子种类。3、项目研究的实施方案及拟采取的研究方法和技术路线 本项目的研究工作将通过下述方案来实施：（1）各类手性双功能氨基-硫脲类和双功能糖-硫脲类小分子的制备根据文献方法，合成以下这些新型的含硫脲官能团的手性小分子。 （2）将以上这些手性分子（I-IV）与丙烯酰氯反应制备丙烯酰-硫脲单体将丙烯酰氯加入氨基-硫脲的干燥丙酮溶液中，反应混合物室温下搅拌过夜。停止反应后将反应混合物过滤，搜集所得固体后过柱分离即可得纯品。（3）上述单体的表征将上述分离纯化得到的各种单体用核磁共振、高分辨质谱、红外光谱进行结构表征。表征无误后即可进行下一步的硅表面接枝的聚合物共聚膜的合成。（4）硅表面接枝的聚合物共聚膜的合成采用表面引发原子转移自由基聚合的方法，将硅片表面先氨基化，再接枝引发剂溴代异丁酰溴，此表面简称为Si-Br表面，将此硅片放入含有NIPAAm、手性识别单体、CuBr、PMDETA的水、甲醇和DMF的混合溶液中在一定温度下反应几小时，即可制得我们想要的含手性识别单元的共聚物膜。（5）手性响应的智能生物界面材料与细胞或生物大分子的相互作用及表征研究新型手性响应的智能生物界面材料与细胞或糖类、蛋白质、DNA链等生物大分子相互作用的表面行为，研究各化学组成、聚合物膜厚度等对表面润湿性的影响，主要使用XPS、AFM、接触角、SEM、QCM-D等对温敏表面进行表征或观察。4、项目的可行性分析（1）目前我们已经按照文献方法制备了上述几种含硫脲官能团的手性小分子，通过各种波谱分析确认了化合物结构正确；由这些手性小分子与丙烯酰氯的反应制备单体的工作也已进行完毕，项目的立题具有良好的前期工作基础。（2）利用表面引发原子转移自由基聚合的方法我们已经在硅片上制备了多种含手性识别单元-调节单元-功能转换单元的共聚物膜，为我们制备新型的手性智能生物界面材料提供了丰富的技术支持和保证。（3）我们已经研究过多种智能响应的界面材料与蛋白质、糖、DNA链以及细胞等生物分子的相互作用，对于这些物质与材料相互作用时要考察的一些实验以及形貌观察十