基于聚联乙炔功能材料的性能及应用研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rust123
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近年来,共轭聚合物由于其高效的能量运输和特有的光学信号放大作用,在生物和化学传感器领域得到广泛应用。其中,聚联乙炔类共轭聚合物响应外界刺激时产生独特的颜色变化,具有检测无需复杂仪器、操作简便、适于快速现场检测的优点,成为一种重要的变色传感材料。但其应用领域仍存在开发空间,本论文研究了两个聚联乙炔囊泡的新检测体系,其一是聚联乙炔囊泡应用于细胞膜膜通透性的分析检测,其二是聚联乙炔囊泡应用于H2O2的分析检测。并进一步针对传统聚联乙炔囊泡传感变色不可逆的缺点,合成了苯硼酸联乙炔,实现了改性后囊泡的热可逆变色,提高了聚联乙炔传感器在生物、化学领域的重复利用性,极大降低了其应用成本。当前,聚联乙炔生物传感器可分为固相传感器和液相传感器。针对固相传感器基材的研究,本文尝试制备SR/PCDA电纺材料,以期应用于生物和化学传感领域。针对液相传感器,本文尝试合成PCDA/Fe3O4杂化纳米材料,实现磁性分离和变色传感的双功能性质。本文主要研究内容如下:  (1)聚联乙炔囊泡用于细胞膜通透性分析  设计了含肺炎克雷伯氏杆菌细胞膜磷脂的聚联乙炔仿生囊泡,用于感应不同浓度NaAC对细胞膜穿透的胁迫并用颜色变化程度CR定量影响程度。研究表明聚联乙炔囊泡的CR随着醋酸钠(NaAC)含量增加而提高。通过外源添加不同浓度的乙酸钠可调控肺炎克雷伯氏杆菌的杆状、椭圆、球状等不同细胞形态变化。研究发现当NaAC添加量为0.5 g/L时,细胞呈短杆状且细胞生物量和1,3-丙二醇产量分别提高了9.4%和28.4%。最后分析了不同浓度下胁迫下细胞膜的磷脂组分的适应变化,证明了不饱和脂肪酸百分比含量随着NaAC的增加而增加,表明细胞膜的流动性提高了。  (2)联乙炔囊泡用于H2O2的分析检测应用  本文首次研究了发现联乙炔囊泡可受过氧化物类自由基引发的聚合现象,产生由无色到蓝色的颜色变化。基于此技术原理,本文将联乙炔囊泡应用于H2O2的分析检测。通过考察HRP浓度、温度、pH、时间等因素对联乙炔囊泡聚合反应的影响,优化检测工艺,在最适条件建立了联乙炔囊泡针对H2O2的新检测体系。检测体系内,H2O2浓度(0-200 mM)与蓝色变化程度之间的关系为logA=-2.356+0.404logc(R2=0.996,n=7),其中A为蓝相660nm吸收值,c为H2O2的浓度。检测极限为80μM。为进一步提高检测灵敏度,采用苯硼酸联乙炔囊泡检测H2O2,在相同情况下,H2O2浓度(0-200 mM)与蓝色变化程度之间的关系为logA=-0.795+0.172logc(R2=0.991,n=7),H2O2检测极限为5μM。  (3)苯硼酸联乙炔的合成及热可逆性研究  基于增加分子间氢键和π-π共价键的合力作用可以使得联乙炔骨架发生热可逆变形的原理,合成了苯硼酸联乙炔并制备了相应的囊泡。本文研究了苯硼酸联乙炔囊泡受UV聚合的紫外可见光光谱,结果发现不仅可以正常聚合,而且苯硼酸基团的引入使得改性后囊泡聚合变色程度显著增强且一定温度范围内热可逆变色。研究显示,苯硼酸聚联乙炔囊泡的有效可逆温度范围为30-60℃,随着温度上升,蓝相660 nm吸收峰逐渐红移下降,而新产生红相540 nm吸收峰逐渐上升;温度下降,情况相反。通过10个升温-降温循环的考察,实验显示不同次循环的起点和终点的CR都有很好的重叠,证明了苯硼酸聚联乙炔囊泡具有较好的稳定性。  (4)静电纺丝技术制备聚联乙炔电纺纤维  首次利用同轴静电纺丝技术,以PVP为壳液,SR为核液,制备PVP/SR纤维制备。通过研究二者的流量比、电纺时间对电纺过程及纤维形貌的影响考察,优化电纺工艺。研究指出SR/PVP流量比(mL/h)达到1.7/2.5 mL/h,硅橡胶才呈连线纤维被PVP包裹,但流量比增加到3.5/2.5 mL/h时,电纺纤维出现颗粒结块。电纺时间决定了纺丝混合液体的粘度。研究证明,在0-180 min内,纺丝过程可正常进行且纤维形貌规则均一。基于SR/PVP成功制备的基础,尝试制备PVP/(SR/PCDA)电纺纤维。预先将PCDA与SR混合作为核液,将PVP作为壳液,成功制备了PVP/(SR/PCDA)电纺纤维。经过水处理获得了SR/PCDA纤维,初步研究了其热刺激感应性能及诊断芯片的可行性。  (5)联乙炔/Fe3O4杂化纳米材料的制备及应用研究  通过双阶段乳化法制备了联乙炔/Fe3O4杂化纳米材料,对杂化纳米材料进行了TEM、SEM、DLS、FTIR表征。研究表明,聚联乙炔/Fe3O4杂化纳米材料较聚联乙炔囊泡具有更高的稳定性。该杂化材料具有优良的超顺磁性,可以对分析物质进行良好的分离与富集能力。本文将聚联乙炔/Fe3O4杂化纳米材料应用于CTAB和链霉素的检测。实验结果表明,杂化材料的变色程度与目标检测物的含量建立了良好的线性关系。CTAB和链霉素的检测限分别为30μM(R2=0.96)和10μg/mL(R2=0.98)。
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