摘要
本论文利用水溶性共轭聚合物工具，将水溶性共轭聚合物与生物系统结合，通过调节生物系统的生物电子过程，设计并构建了一系列生物电子体系。开发了基于水溶性共轭聚合物和希瓦氏菌MR-1生物活体材料的生物电子器件;将电化学发光体系应用到光合作用中，通过引入共轭聚合物完善光谱匹配，利用调控生物电子过程提高了光合作用;具体研究结果如下: 1.设计并构建了基于水溶性共轭聚合物PMNT和希瓦氏菌MR-1生物活体材料的生物电子器件，实现了对乳酸和肿瘤细胞数量的监测。PMNT通过静电作用与希瓦氏菌MR-1结合后，可以促进活体材料的形成。在希瓦氏菌MR-1消耗乳酸产生电子过程中，PMNT可以调控希瓦氏菌MR-1的电子传递过程，加速电子转移速率。因此，基于PMNT/希瓦氏菌MR-1活体材料的柔性生物电子器件对乳酸具有更好的检测能力。该生物电子器件还可用于监测多种生理液体（汗液、尿液和血浆）中的乳酸水平，实现数据的无线传输和在智能手机上的读取和分析。此外，肿瘤细胞在乏氧代谢过程中产生大量乳酸，因此构建的柔性生物电子器件还成功实现了对肿瘤细胞的监测和计数。本研究利用水溶性共轭聚合物将细菌和柔性生物电子器件集成，为设计基于细菌的生物电子器件提供了一种新途径。 2.设计并构建了由水溶性共轭聚合物纳米粒子（PFTP）和三联吡啶钌电化学发光组成的生物电子系统，通过调控叶绿体的生物电子过程促进光合作用。三联吡啶钌电化学发光系统具有持久、稳定的发光特性，同时还具有优异的时空可控性，因此可以促进并调控叶绿体的光合作用速率。PFTP纳米粒子可以通过疏水作用与叶绿体结合，其具有独特的光捕获能力，能够提高叶绿体对三联吡啶钌电化学发光的利用效率，加速光反应并进一步提高叶绿体的光合作用效率。此外，通过3D打印，制备了一种结合三联吡啶钌电化学发光系统的叶绿体活体材料，能够在缺乏太阳光等常规光源的环境中，通过控制电能促使叶绿体进行光合作用并按需调控叶绿体的光合作用速率。本研究将电化学发光体系与光合作用相结合，为促进和调控光合作用速率提供了一种新策略，对于在缺乏太阳光等常规光源的环境中实现光合作用和有机物合成具有很大的应用前景。 3.设计并构建了基于水溶性共轭聚合物纳米粒子（PFBT）和鲁米诺电化学发光的生物电子体系来促进聚球藻光合作用的策略。鲁米诺电化学发光系统能够发出蓝光，这与聚球藻吸收光谱有很好的匹配，因此，鲁米诺电化学发光在促进光合作用方面具有巨大的优势。通过供应电能，鲁米诺电化学发光系统可以持久、稳定的发光，激活聚球藻进行光合作用。此外，PFBT纳米粒子具有独特的光捕获和光转换能力，可以完善鲁米诺电化学发光和聚球藻吸收光谱的光谱匹配，同时，其与聚球藻结合后能够调节聚球藻的光化学参数，进而增强聚球藻的光合作用速率。本研究将蓝光电化学发光体系与光合作用相结合，为完善发光体系与光合生物体吸收光谱匹配提供了一种新途径，在光谱匹配不完善的光合作用体系中具有很大的应用潜力。
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