電化學誘導自由基聚合制備生物功能性膜.pdf

1、采用聚合方法將生物活性分子與功能材料相結合是制備生物功能性器件和體系最簡單有效的途徑之一,在生物傳感、藥物釋放、仿生材料、生物微電子和工業(yè)催化等眾多領域有著極為廣泛的應用。
　　 眾所周知,生物酶分子的活性取決于其復雜的三維結構,而多種非鍵反應的協(xié)同作用形成了酶分子的三級構象,其中包括氫鍵、范德華力(van der Waals)、靜電力、親水和親脂鍵等;因此生物酶的結構和活性極易受眾多的環(huán)境因素干擾,特別是溫度、pH、溶劑和材料

2、界面等因素。如何保持酶分子三維構象和活性的穩(wěn)定是生物功能體系研究領域而臨的首要問題。
　　 化學和電化學聚合是目前常用的兩種制備方式。從技術角度來講,電化學聚合更適合于制備結構復雜、尺寸微小的功能性器件和裝置,因為其具有獨特的優(yōu)點:可簡單快速地一步完成,聚合膜性質均一且厚度可控,較高的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性等等;但是,可供電化學聚合的單體的種類有限,并且電聚合膜通常具有較差的生物親和性。與之相反,化學聚合方法的特點在于單體種類繁多,聚合

3、膜的性質豐富可控;然而聚合常常涉及光、熱和有機溶劑等極端的條件,不利于保持生物酶的活性。
　　 本論文研究旨在發(fā)展一種兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)化學和電化學聚合優(yōu)點的新聚合方法-電化學誘導聚合方法。其聚合的過程和特點是:通過電化學氧化或還原引發(fā)劑產生自由基團,激發(fā)乙烯類單體發(fā)生化學聚合反應;由種類繁多的乙烯類單體在適宜于生物活性的條件(室溫、低離子強度、中性水溶液等)下聚合的水合凝膠膜具有極佳的生物親和性。
　　 本論文以建立電化學誘導聚

4、合新方法為主要目標,開展了如下三個方面的系統(tǒng)研究:
　　 (1)研究了電化學還原誘導聚合的實驗條件和聚合過程對生物酶分子活性的影響,調查了按新聚合方法制備的以氧分子為電子傳導媒介的第一代葡萄糖氧化酶(Gox)傳感器的功能性質。實驗發(fā)現(xiàn):在低離子強度、中性的磷酸緩沖溶液中,通過電化學還原過硫酸陰離子產生硫酸根自由基,激發(fā)丙烯酸單體發(fā)生自由基聚合反應;在較寬的實驗條件內均可在鉑電極表面獲得超薄的丙烯酸水合凝膠膜(PAA),最大的干態(tài)

5、膜厚小于80 nm。通過調查固定在鉑電極表面的Gox的活性變化,探明了聚合過程對酶活性的影響規(guī)律。與傳統(tǒng)的電化學聚合方法不同,新方法的聚合過程不僅不會降低反而會增強葡萄糖氧化酶的活性。按新方法制備的葡萄糖氧化酶傳感器具有極佳的功能性質,其最大響應電流密度可達748.5μA·cm-2,同時,聚丙烯酸水合凝膠膜的負電性和生物親和性使得酶電極具有較強的抗干擾性和高穩(wěn)定性。實驗結果證明采用電化學還原誘導聚合方法制備生物功能性器件和體系是一條普適

6、的高生物親和性的新途徑。
　　 (2)調查了電化學還原結合電化學氧化誘導聚乙烯基二茂鐵氧化還原膜(PVFc)的實驗條件,并應用于制備以電活性分子為電子傳導媒介的第二代葡萄糖氧化酶傳感器。通過選擇不同的溶劑、引發(fā)劑、交聯(lián)劑和單體,調控它們的濃度比例,獲得了與電極表面有良好附著的PVFc水合凝膠膜。采用該方法制備的Gox/PVFc-PAA酶電極具有高電子傳導速率和高穩(wěn)定性。
　　 (3)研究了采用電化學還原誘導方法在金電極表