基于功能聚合物的电化学传感与驱动

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近年来,随着聚合物的合成方法不断开发和改进,功能聚合物的种类和功能化方式越来越多样。其中,导电聚合物、刺激响应性聚合物作为有前景的材料被应用于各种检测传感器中。具有高灵敏度的纳米孔传感系统已经成为研究领域的热点。然而,纳米孔传感系统存在着一些限制,如难以辨别单信号输出的纳米孔中的干扰信号,又比如难以对纳米孔进行荧光标记。因此,仍需继续对纳米孔传感平台进行探索。为了克服上述缺陷,我们引入刺激响应性聚合物,采用底物结合和荧光信号输出两个过程分离的思路,构建了双信号输出纳米孔传感平台,避免了复杂的荧光标记操作。该平台在识别目标物分子后,刺激响应性聚合物同时发生浸润性和p Ka的转变,因此引发纳米孔中离子电流的变化和荧光发射的改变。该双信号输出平台能够排除假信号的干扰,从而提高传感分析的准确性。基于酶的自供电释放系统在生物医疗领域有着巨大潜力,但前期采用非生物阴极的系统无法避免一些金属离子的释放或本身结构不稳定等问题,限制了其在生理环境中的应用。而氧化还原聚合物既能够固定酶又能够作为电子媒介体提高酶的电化学催化性能。因此,本论文采用基于氧化还原聚合物的酶生物阴极代替非生物阴极,与生物阳极构建基于酶催化反应的自供电释放系统。该系统不仅避免了上述缺陷,同时利用酶级联反应,使其能够自供电的同时实现在温和环境中释放NO分子。具体来讲,本论文包括以下三部分的内容:第一章绪论本章首先介绍了功能聚合物的类型,包括刺激响应性聚合物和导电聚合物。接着,根据不同类型的功能聚合物的功能特性,分别介绍了聚合物在电化学传感的应用。着重介绍了基于刺激响应性聚合物的人工固态纳米孔的电化学传感;而对于导电聚合物,主要是介绍了其在酶电极中的应用。最后,阐述了本文的研究目的、意义和主要内容。第二章基于苯硼酸功能化刺激响应性聚合物无标记双信号检测葡萄糖本章中,我们通过Au-S键将苯硼酸功能化的刺激响应性聚合物PATPBA-co-PNIPAAm修饰在金膜改性的纳米孔内壁,然后将制备的纳米孔置于含有带正电荷的芘探针分子Py BTA的碳酸盐缓冲溶液中,使得共聚物的性质转变能导致纳米孔内离子电流和荧光发射的变化,从而构建了双信号输出纳米孔检测平台。通过核磁共振波谱仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、离子电流测量等手段对共聚物及其改性的纳米孔平台进行表征。在构建的双信号平台上,对葡萄糖进行电化学和荧光双信号检测,两种信号都对葡萄糖有良好的响应,并且排除了纳米孔中假信号的干扰,因此对葡萄糖具有更高的测量准确性和选择性。此外,由于刺激响应性聚合物中官能团的多样性,上述策略能够为其他目标分子的双信号纳米孔传感提供设计思路。第三章基于酶修饰氧化还原聚合物Os(bipy)2PVI的电化学传感与驱动本章中,我们采用滴涂法,通过交联作用将氧化还原聚合物Os(bipy)2PVI、酶和聚乙二醇二缩水甘油醚修饰于金-玻碳电极上,构建酶生物电极。通过核磁共振波谱仪、XPS、SEM、循环伏安曲线测量等手段对Os(bipy)2PVI及其修饰的酶电极进行表征。其中,循环伏安测试结果显示制备的酶电极对目标物有良好的催化特性。葡萄糖氧化酶生物阳极和血红蛋白酶生物阴极共同组建了自供电释放系统,并通过极化曲线和功率输出曲线表征了酶燃料电池的放电性能。构建的系统在葡萄糖和羟基脲的存在下,能持续自供电的同时实现在温和条件下释放多效性NO分子。
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