多糖电极芯片的构建及应用-申请书

Journal Of
代 entrapment and controlled Biomedical Materials
release of antibiotics on
表
titanium surface
Research Part A
2013
第一作者
性 Homogeneous synthesis and
20 万元 仪器设备费 8 万元
实验材料费 9 万元
业务费 3 万元
主要学术成绩（摘要，限 400 字） 申请人开展了生物聚多糖（甲壳素/壳聚糖、海藻酸）与生物大分子（DNA，蛋白质或细胞）间的
化学生物学研究。首次将聚合物电化学运用到生物芯片制备领域，运用电化学方法在电极芯片上生成 图形化的生物聚多糖，原位连接生物大分子，制备出定量定位控制的生物电子芯片，发展微电极芯片 用于药物控释、污染物检测及药物筛选。自 2006 年起，在国内外著名学术刊物上发表论文 36 篇，SCI 收录 32 篇，其中影响因子 4.0 以上 7 篇，材料科学顶尖杂志《Advanced Materials》1 篇（IF 10.88）， 《Advanced Functional Materials》3 篇（IF 8.50），EI 收录 22 篇，申请中国/美国发明专利 6 项 （其中授权 3 项，一项与美国 Syen 公司合作开发手持设备用于疾病诊断），参编专著一部，研究成果 在国内外产生一定影响。
学习
2007.1-2009.7 美国马里兰大学
术
会议 交
2011.3
美国阿纳海姆
流
会议
2012.7
台湾海洋大学
论著、专利、鉴定成果名称
出版社、刊物名及授权、 发表、出版、授
组织鉴定单位
Leabharlann Baidu
权、鉴定时间
本人名次作用
Electrochemically stimulated drug release from dual stimuli responsive chitin hydrogel
项目级别 本人作用
国 省区 其 负 骨 一 家 市局 他 责 干 般
2011.1-2013.12 电点击技术构建多糖基免疫电极芯片及检测微 √
√
囊藻毒素研究 国家基金委 19 万元
多糖蛋白质芯片的构建及环境毒素的检测研究
2011.1-2012.12
√
√
湖北省自然基金 4 万元
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交流名目（注明学习、考察、讲学、进修、工作、会议等） 交 流 年 月 所往国名、城市 学
研 究
所属领域
○ 光电子与新一代信息技术 ○ 先进装备制造 ● 新材料 ○ 高新技术服务业 ○ 生物技术与新医药 ○ 新能源与新能源汽车 ○ 节能环保 ○ 现代农业 ○ 其它
项
目 起止年月
2014 年 1 月至 2015 年 12 月
项目总经费 科技局资助 10 万元
单位配套 10 万元
其它来源 0
Journal of Materials Chemistry B
2013
通讯作者
Electrodeposition of a biopolymeric hydrogel in track-etched micropores.
Soft Matter
2013
通讯作者
Electrical signals guided
2012 年，美国麻省 MicroCHIP 公司和美国 MIT 大学 Langer 教授合作开发的微井硅 芯片进行了首例人体试验，对骨质疏松病人的植入治疗表明，通过程序化的给药，减轻 了每日注射药物的痛苦，不影响病人生活且没有副作用，为给药芯片向实用化发展迈出 了重要一步[5]。他们在硅片上刻蚀出微井（微井容量为 5nl）容纳药物，通过金薄膜密 封微井，药物的释放通过电信号控制金膜的溶解进行。该芯片体积小，能实现多种不同 药物的精确释放。动物体内试验表明，程序释放抗癌药物对肿瘤细胞具有明显的抑制作 用[6]。此种微井芯片对药物装载及包封技术要求较高，需要精密的仪器，同时操作也较
导师 杜予民 杜予民
工作经历 起止年月 2007.1-2009.7 2009.8-2010.2 2010.3-至今
工作单位 美国马里兰大学
中南民族大学 武汉大学
部门 生物技术中心 化学与材料学院 资源与环境学院
行政及专业技术职务 助理研究员 副教授 副教授
从事研究经历
起止年月
项目名称、项目来源、经费数额、执行期限
五、申请项目说明
1、项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及发展动态分析，需结合科学研 究发展趋势来论述科学意义；或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问 题来论述其应用前景。附主要参考文献目录） 1.1 建立蛋白控释芯片的背景及意义
药物控释芯片的出现给传统给药方式带来了革命性影响，控释芯片能程序化精确控 制一种或多种药物释放，体积小、反应迅速，新型控释芯片的研究已成为给药领域的前 沿课题[1]。多肽蛋白质类药物在治疗癌症、艾滋病、肝炎、糖尿病和骨病等慢性疾病中 有极其重要作用，由于其不稳定性及易降解性，注射给药仍是最常用且药物利用率最高 的途径，但长期注射给患者带来极大痛苦和不便。因此，对蛋白控释芯片的研究有望改 变传统的蛋白给药方式，具有重要的理论意义和实用价值。
2009
第一作者
Chitosan fibers: Versatile Biomacromolecules platform for nickel-mediated
protein assembly.
2008
第一作者
一种甲壳素季铵盐的制备 ZL201110216484.X 方法
2011
第一发明人
获
获奖项目名单
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一、简表
姓名
施晓文
出生年月 1978 年 5 月 性 别 ● 男○ 女 民族 汉
申 政治面貌
党员 职务（职称）
副教授 获得时间
2010 年
请 最高学位
● 博士 ○ 硕士 ○ 学士
者
简 所学专业 环境科学
授予单位 武汉大学 毕业时间 2006 年 6 月
况 身份证号码
420500197805030010
果
Co-Deposition with Calcium Alginate Hydrogels
2012 2009
通讯作者 第一作者
Reagentless Protein
Advanced Materials
Assembly Triggered by
Localized Electrical Signals
电话（手机）
15207198399
家庭地址
武汉市洪山区民族大道
邮 编 430074
所全 称
在 单
性
质
位 开户行及帐号
武汉大学 ● 高校 ○ 企业 ○ 科研 ○ 其它
576857528447
地址
武昌珞珈山
电 话 68772100 邮 编 430072
主管单位
教育部
名称
多糖电极芯片的构建及应用
研究类别
● 基础研究 ○ 应用研究 ○ 试验发展 ○ 产业化 ○ 其它
填报说明
一、填写申请书前，申请者应阅读武汉市科技局发布的“ 武汉市 青年科技晨光计划管理办法” 及通知。
二、 申请者及所申请项目必须符合晨光计划的要求。 三、 申请书内容应逐项认真填写，表达要简明严谨，字迹要清楚 （务必用标准简化汉字及阿拉伯数字，外来语应同时用原文和中文表 达），否则不予受理。 四、 申请书中有关栏目填写不下时可另附纸说明。如不能按规定 填写，以形式审查不合格处理。 五、 请按要求提供附件材料，要求内容清晰可辨并加盖单位公章。
随着植入式芯片装置和无线技术的发展，电信号控制成为药物控释芯片最可靠的触 发方式。电极芯片制备简单，易于进行电信号控制，方便与微型化机电设备整合，并且 电极阵列易操作且精度高，是具有良好发展前景的药物控释平台。为了实现电信号响应 的药物释放，目前的药物载体主要集中于使用导电聚合物[2,3]。导电聚合物虽然有良好的 电场响应性和稳定性，但只能包载离子型药物，而对蛋白质类药物载药量低，其疏水性 易导致药物变性[4]。因此，本研究的目标是探寻非导电聚合物用于蛋白控释芯片载药系 统的新途径。 1.2 研究概况及存在的问题
填写简表的注意事项 1. 项目名称：要确切反映申请资助的研究工作内容（限 25 字）。 2. 凡有多个○ 的选择性栏目，请将所选项前的○ 涂黑，且只能选择一项。
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二、申请人简历
本科以上学历 起止年月
2000.9-2003.6 2003.9-2006.6
毕业院校、专业 武汉大学 环境科学 硕士 武汉大学 环境科学 博士
奖名和等级
获 奖 年 月 本人名次作用
奖
情
况
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四、主要学术成绩
主要创新成果、创新点及其科学意义、经济社会效益，国内外同行评价（需附相关
证明复印件） 主要从事生物质资源利用的化学生物学研究，研究重点是环境生物质（生物多糖）
的高值化利用技术。自 2006 年起，在国内外著名学术刊物上发表论文 36 篇，SCI 收录 32 篇，其中影响因子 4.0 以上 7 篇，材料科学顶尖杂志《Advanced Materials》1 篇（IF 10.88），《Advanced Functional Materials》3 篇（IF 8.50），EI 收录 22 篇，申请中 国/美国发明专利 6 项（其中授权 3 项，一项与美国 Syen 公司合作开发手持设备用于疾 病诊断），参编专著一部，研究成果在国内外产生一定影响，多篇论文被同行专家评审 为 20% Top Importance。主要学术贡献包括：
Carbohydrate
characterization of
研
quaternized chitin in
Polymers
究 NaOH/urea aqueous solution
Electroaddressing of Cell Advanced Functional
成
Populations by
Materials
主要研究内容和预期效益及成果（摘要，限 300 字） 电极控释芯片使用电信号智能化定量、定时和定位控释药物，对传统给药方式产生深刻冲击。目
前电极芯片载体主要采用导电聚合物，对多肽蛋白质类药物载药量低，易使蛋白变性，因此迫切需要 研究非导电聚合物类药物载体。本项目以 LDHs 纳米片层附载蛋白质，利用电场作用规整 LDHs 的取 向，通过壳聚糖在电极表面的溶液-凝胶转变行为黏粘 LDH 片层形成多层次“砖-泥”结构，构建多糖 -无机纳米片层复合结构的蛋白质药物控释平台。项目将弄清电场在蛋白质药物装载和释放中的关键 作用，阐明蛋白质药物控释与“砖-泥”多层次结构的相互关系。本项目整合控释芯片和响应性凝胶 优点，制备的多糖-无机纳米复合电化学蛋白控释芯片将会在蛋白质药物控释中发挥重要作用。
1、建立电场诱导的多糖原位凝胶转变新方法 将溶液电化学技术和敏感性壳聚糖响应原理相结合，发展了电场诱导原位生成多糖 凝胶的新方法。以甲壳素/壳聚糖为传导介质，采用电信号导向的方法，进一步将生物 分子蛋白质选择性共价（米拉德反应）连接至凝胶表面，结合力强且不影响蛋白活性。 利用电信号进行蛋白质在凝胶表面的导向组装突破了传统的蛋白质芯片制备方法（原位 合成和点样法），此方法简便，安全，分辨率高，是一种通用的蛋白质快速高效的固定 方法，为蛋白质芯片的制备开辟了新途径（Adv. Mater. 2009, 21, 984.）。此外，通过电极 表面模板控制的方法，利用电场诱导可以生成长度和尺寸可控的壳聚糖凝胶纤维，该凝 胶纤维具有很好的细胞相容性和粘附细胞的能力，为软物质的 3D 形貌构建提供新方法 （Soft Matter 2013, 9, 2131.）。 2、提出非共价键力在多糖电子芯片上组装生物分子的方法并阐明机理 整合生物技术和微电子技术，在芯片上制备了可自动寻址的生物凝胶，供细胞生长。 采用电极信号在电极表面诱导产生多糖凝胶，此凝胶具有空间选择性，能在特定的位置 生成，同时细胞可固定在凝胶基质内。固定的细胞具有生物活性，能在凝胶内生长繁殖， 能对外界刺激产生响应，采取化学方法，细胞还能从凝胶中释放出来，活性不受影响。 此类新型微生物电子芯片可用于环境危害物质的检测(Adv. Funct. Mater. 2009, 19,2074; Adv. Funct. Mater. 2010,20,1645.)。研究工作采用生物相容性好的生物多糖建立生物分子 和微电子器件之间的桥梁，通过电信号控制生物分子在微电极芯片上的组装，同时捕捉 生物分子相互作用产生的电信号，极具潜力开发携带方便、操作简便、微型化检测设备。