导电聚合物复合材料的制备及其在生化分析中的应用

摘要

本论文采用电化学方法和化学氧化法，成功制备了不同的导电聚合物复合材料修饰电极。然后，基于导电聚合物复合材料分别构建了几种不同的电化学生物传感器。通过扫描电子显微镜、光电子能谱、电化学阻抗和微分脉冲伏安法等方法对这些纳米线复合材料的微观结构、元素组成、电化学性能和传感性能力进行了表征。我们希望这些新型的生物传感平台能够为新的导电聚合物复合材料的开发提供更多的思路。本论文的主要工作简述如下： （1）利用电化学循环伏安法进行电化学沉积，制备了多肽-聚3，4-乙烯二氧噻吩的修饰电极。BRCA1作为一种直接与遗传性乳腺癌有关的基因，实现对该基因的监测即可视为对早期乳腺癌的监测。本文利用具备优良的电导性能、较高的环境稳定性和较高的机械性能的聚3，4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)和具备生物亲和性的多肽通过电聚合构建了一种全新的电极基底复合材料，并在其基础上构建了实现对BRCA1进行灵敏检测的电化学生物传感器，并具备较好的检测特异性，其检测范围为0.1 fM~100 pM，检测限为0.035 fM。 （2）使用氧化石墨烯与氯化铁化学合成氧化石墨烯—普鲁士蓝复合物，采用电化学循环伏安法进行电化学沉积，制备了GO-PB/PEDOT复合物，引入氧化石墨烯上的羧基基团用于对修饰有氨基的DNA探针进行偶联，普鲁士蓝用于产生电化学信号，得到了一个导电性良好的、带有活性基团和自身电信号的导电聚合物复合物。然后将带有氨基的DNA探针修饰到电极上，通过目标DNA与探针DNA之间的特异性识别，将其应用于DNA生物传感器。构建的传感器对于目标DNA有较好的特异性，检测范围为1 fM~1 nM，计算得到检测限为0.343 fM。 （3）在这项工作中，使用生物相容性较好的聚吡咯（PPy）和修饰上羧基的聚乙二醇（PEG）采用化学氧化法的方法制备了PPy-PEG导电聚合物水凝胶。PEG作为支持聚合物通过化学键作用使聚吡咯水凝胶成型，得到的PPy-PEG复合物水凝胶继承了导电聚合物的电导性和PEG的生物亲和性。然后，将适量水凝胶固定于玻碳电极表面作为修饰电极，利用修饰有羧基的PEG与带有氨基的DNA结合用于特异性检测目标DNA序列，成功构建了基于导电聚合物水凝胶的电化学生物传感器。在最佳实验条件下，所制备的传感器对目标DNA的检测响应范围为10-12 M~10-7 M，检测限为3.25×10-13 M。

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摘 要

ABSTRACT

第一章文献综述

1.1导电聚合物复合材料

1.1.1简述

20世纪70年代，白川英树等三名科学家发现并成功制备了聚乙炔（polyethyne）有机高分子导电聚

1.1.2 导电聚合物及分类

导电聚合物，也被称为合成金属，是具有高共轭聚合链的聚合物[5]。典型的导电聚合物包括聚乙炔（PA）、

1.1.2.1聚3，4-乙烯二氧噻吩

在各种不同的导电聚合物中，聚3，4-乙烯二氧噻吩是相对比较稳定的存在，由于其导电性良好，而且独特的具

1.1.2.2 聚苯胺

苯胺是一种廉价的原料，很容易从苯中制造出来，也可以作为石油和煤焦油精炼的副产品提取出来。聚苯胺（原称

1.1.2.3 聚吡咯

1.1.3 导电聚合物复合材料

导电聚合物复合材料是指导电聚合物和一些特定材料复合而成后构成的具有电化学意义的材料。导电聚合物复合材

1.1.3.1 碳材料

碳材料主要是C60、碳纳米管、石墨、石墨烯以及金刚石。C60是一种类似足球形状的碳材料，于1985年

由于多孔纳米管阵列具有较高的电化学相容性，其管内自由p电子可与导电聚合物主链上的共轭π电子形成较强的

与聚3，4-乙烯二氧噻吩类似，聚苯胺和聚吡咯也可以和碳纳米管形成性能优良的导电聚合物复合物。Cava

氧化石墨烯(Graphene Oxide)是石墨烯经过氧化处理后的产物，具备石墨烯原有的单一片层结构

1.1.3.2 多肽

多肽是由α-氨基酸以肽键连接而成的化合物，是蛋白质水解的中间产物。多肽一般分为天然多肽、合成多肽与模

1.1.3.3 聚乙二醇

1.1.3.4 导电聚合物与多肽、聚乙二醇的复合

1.2导电聚合物水凝胶

1.2.1 简介

1.2.2 聚苯胺水凝胶

1.2.3 聚吡咯水凝胶

1.2.4 聚噻吩水凝胶

1.2.5 导电聚合物水凝胶的应用

1.3电化学生物传感器

1.3.1简介

1.3.2 电化学生物传感器的发展

1.3.3 电化学生物传感器的应用

1.4本课题的开展方向

第二章 基于PEDOT-多肽复合物的电化学生物传感器

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验材料

2.2.4 测试与表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 多肽对于复合材料的表面形貌的影响

2.3.2 复合材料亲水性

2.3.3 DNA传感器的电化学特性

2.3.4 复合材料XPS表征

2.3.5 实验条件的优化

2.3.6 对电化学产生信号的来源进行探究

2.3.7 可行性探究

2.3.8 BRCA1传感器的电化学响应

2.3.9 BRCA1传感器的特异性检测

2.4 结论

第三章基于PEDOT-GO/PB的化学传感器与电化学生物传感器的应用研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 仪器与试剂

3.2.1.1 实验试剂

3.2.1.2 实验与测试仪器

3.3 结果与表征

3.3.1 修饰电极的SEM表征

3.3.1 修饰电极的电化学表征

3.3.2 修饰电极对亚硝酸盐的定量测定

3.3.3 修饰电极对多巴胺的定量测定

3.3.4 修饰电极对过氧化氢的定量测定

3.3.5 修饰电极在DNA传感器中的应用

3.4结论

第四章 基于PPy-PEG导电聚合物水凝胶的电化学生物传感器的应用研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验试剂与仪器

4.2.1.1实验试剂

4.2.1实验仪器

4.2.2溶液的配置

4.2.3水凝胶的制备

4.3结果与讨论

4.3.1导电聚合物水凝胶制备过程与结果

4.3.2水凝胶的SEM表征

4.3.3水凝胶的电容性探究

4.3.4水凝胶的DNA传感器性能探究

4.4 结论

结论与展望

综上所述，导电聚合物复合材料具有优良的导电性、巨大的比表面积和较好的生物相容性等优点，是发展电化学生

（1）利用材料的多样性和材料性能的多样性，通过电化学方法合成不同种类的新型导电聚合物复合材料，并以此发展基

（2）多肽、PEG作为具备良好生物亲和性的材料，同时在抗污染方面也有很多报道，可以继续开发利用多肽、PEG

（3）将所制备出的DNA传感器通过材料或者方法的改进而使其能够应用到临床检测当中，为当代生物医学的发

参考文献

致谢

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