基于聚二乙炔功能材料的設(shè)計、制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、近年來,隨著高新技術(shù)的發(fā)展,傳感器技術(shù)已深入應(yīng)用到國家戰(zhàn)略規(guī)劃、國民生產(chǎn)、生活的方方面面。航天航空需要衛(wèi)星、雷達(dá)等信號的傳輸和處理;工業(yè)生產(chǎn)需要對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時跟蹤和分析;日常生活中簡單的溫度計的使用等等,都是傳感器技術(shù)的應(yīng)用。毫無疑問,傳感技術(shù)已成為現(xiàn)代社會不可或缺的一個極為重要的部分。
　　聚二乙炔是一類典型的傳感材料。它由二乙炔單體通過紫外誘導(dǎo)聚合而成,一般呈藍(lán)色。當(dāng)藍(lán)色的聚二乙炔受到外界環(huán)境的刺激(如熱、有機(jī)溶劑、無機(jī)金

2、屬離子等)時會變成紅色。特別的是,近來有研究者發(fā)現(xiàn),電流刺激也會使藍(lán)色的聚二乙炔發(fā)生顏色變化。藍(lán)色的聚二乙炔是沒有熒光的,而紅色的聚二乙炔是有明顯的熒光發(fā)射的。因此,聚二乙炔已經(jīng)被廣泛得開發(fā)用于比色及熒光傳感器。
　　關(guān)于石墨烯的研究已經(jīng)深入到物理、生物、化學(xué)等學(xué)科的諸多領(lǐng)域和方向。石墨烯非常重要的一個性質(zhì)就是導(dǎo)電性好。因此,很多科學(xué)家利用這個性質(zhì)用它替換一些導(dǎo)電材料加以研究,相關(guān)成果也是非常豐碩的。
　　熒光微球是一類形態(tài)

3、穩(wěn)定,發(fā)光效率高的功能性微球,可用于臨床診斷、藥物載體及生物芯片技術(shù)等方面。開發(fā)研究更多的熒光微球?qū)茖W(xué)研究及國民健康等方面都有重要意義。
　　鑒于此,本課題選用聚二乙炔作為基本研究材料。聚二乙炔對電流具有良好的響應(yīng)性,當(dāng)臨界電流通過時,藍(lán)色的聚二乙炔會變成紅色。利用這個性質(zhì),我們將聚二乙炔與石墨烯結(jié)合,開發(fā)用作電流傳感器。此外,紅色的聚二乙炔是具有熒光性的,我們設(shè)計了可行的路線,將其負(fù)載到一些基質(zhì)微球上制備熒光微球。最后,藍(lán)色的

4、聚二乙炔在一些特定的無機(jī)金屬離子進(jìn)行相互作用而發(fā)生變紅現(xiàn)象,基于這個性質(zhì),我們設(shè)計制備了基于聚二乙炔的鈣離子響應(yīng)的傳感材料。
　　1)制備基于聚二乙炔的電致變色復(fù)合材料
　　我們制備了聚二乙炔-聚甲基丙烯酸甲酯/石墨烯復(fù)合材料,以期制備一種像pH試紙一樣的電流傳感器。實驗表明,臨界響應(yīng)性電流跟復(fù)合材料中的石墨烯質(zhì)量之間存在一個良好的線性關(guān)系。在這些復(fù)合材料中,聚二乙炔是變色材料,而石墨烯用作導(dǎo)電基質(zhì)。聚甲基丙烯酸甲酯不但提高

5、了復(fù)合材料的機(jī)械穩(wěn)定性,而且使得電流誘導(dǎo)的變色現(xiàn)象更加明顯。
　　2)制備基于聚二乙炔的熒光微球
　　我們通過將自組裝的聚二乙炔囊泡負(fù)載到氨基修飾的聚甲基丙烯酸甘油單酯微球上,制備了一組熒光微球。掃描電鏡、激光共聚焦顯微鏡及流式細(xì)胞儀等表征結(jié)果顯示該熒光微球尺寸(約為5μm)和熒光分布都很均一(變異系數(shù)<3％)。此外這些微球表面平均分布有尺寸約為26 nm的孔徑,微球的BET比表面積約為114 m2/g。該熒光微球還具有良好

6、的熱穩(wěn)定性、耐光漂白性及耐水洗性能。由于聚二乙炔囊泡有很多羧基,這使得熒光素修飾的牛血清蛋白很容易負(fù)載到微球上。這些優(yōu)異的性能使得該類熒光微球可以直接用于免疫診斷等生物領(lǐng)域。
　　3)制備基于聚二乙炔的鈣離子響應(yīng)性微球
　　在2)中,我們制備了表面負(fù)載有羧基和胺基官能團(tuán)的藍(lán)色中間態(tài)微球。這種微球可以與鈣離子進(jìn)行作用。隨著鈣離子濃度的升高,藍(lán)色的微球逐漸變紅。紫外和熒光照片也給出相應(yīng)的結(jié)果。這使得我們制備的微球有望用于生物及污