敏感智能納米界面材料的構(gòu)建及酶邏輯門的設(shè)計(jì).pdf

1、響應(yīng)型高分子材料能夠適應(yīng)外界環(huán)境,調(diào)節(jié)離子和分子的傳輸,并在外界環(huán)境發(fā)生改變時(shí),能夠改變自身的浸潤(rùn)性和吸附性,可以將化學(xué)和生物化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化成光,電,熱及機(jī)械信號(hào)等。這種功能性材料在許多領(lǐng)域有著非常廣泛而重要的應(yīng)用,例如,藥物釋放、臨床診斷、組織工程、智能光學(xué)系統(tǒng)、生物傳感、微電子器件系統(tǒng)、涂料和紡織品等。本文主要針對(duì)智能系統(tǒng)的構(gòu)建開(kāi)展研究。設(shè)計(jì)了智能納米界面材料,在外界條件(例如溫度,pH)的刺激下,這種界面材料的物理性能(親疏水、電子

2、轉(zhuǎn)移)能夠隨之發(fā)生相應(yīng)的變化;進(jìn)一步構(gòu)建了生物分子邏輯門并建立對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥檢測(cè)的新方法。主要工作內(nèi)容如下:
　　 1.首先采用Hummers方法,成功制備出氧化石墨烯和還原石墨烯納米片。然后通過(guò)自由基聚合的方法,將聚N-異丙基丙烯酰胺接枝在石墨烯納米片表面,得到溫度敏感的石墨烯納米片。采用紫外-可見(jiàn)吸收光譜(UV-Vis)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、以及電化學(xué)方法對(duì)制備

3、的聚N-異丙基丙烯酰胺石墨烯納米片復(fù)合物(PNIPAm-rGO)進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,PNIPAm-rGO復(fù)合材料的最低臨界相變溫度(LCST)為28℃,當(dāng)溶液溫度高于LCST時(shí),這種復(fù)合材料表現(xiàn)出很好的疏水性,當(dāng)溫度低于其LCST時(shí),這種復(fù)合材料又表現(xiàn)出良好的親水性,并在高溫.低溫不斷變化的情況,其親水.疏水性具有可逆性。將PNIPAm-rGO復(fù)合材料修飾到電極表面也可以實(shí)現(xiàn)電極表面電子轉(zhuǎn)移的“開(kāi)”-“關(guān)”行為。
　　 2.

4、首先在電極表面電聚合4-氨基苯硫酚修飾的金納米粒子(AuNPs)形成粗糙的納米結(jié)構(gòu),再利用電化學(xué)誘導(dǎo)自由基聚合分別將溫度敏感的聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAm)凝膠和pH敏感的聚丙烯酸(PAA)凝膠修飾到電極表面,構(gòu)建了對(duì)溫度和pH敏感的親疏水界面材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,PNIPAm/AuNPs和PAA/AuNPs復(fù)合薄膜分別對(duì)溫度,pH具有良好的電化學(xué)和浸潤(rùn)性“開(kāi)”-“關(guān)”性能。其界面接觸角可以通過(guò)溫度,pH值來(lái)調(diào)節(jié)。進(jìn)一步研究表明微納

5、米結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)組成對(duì)界面的親疏水性能起著非常重要的作用。這種可控親疏水界面對(duì)基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用有很大的潛在價(jià)值。該界面材料可以用于細(xì)胞的可控生長(zhǎng),微-納流體傳輸及生物材料吸附等領(lǐng)域。
　　 3.利用生物酶催化反應(yīng),成功構(gòu)建了信息處理系統(tǒng)(生物計(jì)算機(jī))。以乙酰膽堿酯酶(AChE)、膽堿氧化酶(ChOD)和辣根過(guò)氧化酶(HRP)為輸入信號(hào)(A,B,C)。以生物催化氧化3,3’,5,5’-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)在652nm處溶液的紫

6、外-可見(jiàn)吸光度(強(qiáng)或弱)為輸出信號(hào),在含有乙酰膽堿酯與TMB的氧氣飽和溶液中構(gòu)成三聯(lián)AND邏輯門。無(wú)任何酶加入時(shí),輸入信號(hào)為(0,0,0),系統(tǒng)只有弱吸收,輸出信號(hào)為O;當(dāng)其中任何一種酶或兩種酶同時(shí)存在的情況下,即輸入信號(hào)為(0,0,1;0,1,0;0,1,1;1,0,0;1,0,1;1,1,0),系統(tǒng)只有弱吸收,輸出信號(hào)為0;而當(dāng)三種酶都存在的情況下,輸入信號(hào)為(1,1,1),系統(tǒng)有強(qiáng)吸收,輸出信號(hào)為1。由于有機(jī)磷農(nóng)藥樂(lè)果對(duì)乙酰膽堿具