聚合物仿生纳米孔道的制备及性质研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:libolb666
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离子通道由蛋白质构成,广泛存在于自然界生命体的细胞中,可以对许多外场刺激产生响应,在生命体新陈代谢过程中扮演的重要角色。基于仿生的理念,研究者们开发出了一系列仿生智能纳米孔道。由于固态仿生纳米孔道尤其是聚合物纳米孔道具有良好的机械性能、化学稳定性并易于修饰响应性介质,常常被用来构建各种的生物传感器、离子整流器件和能量转化设备。本文对径迹刻蚀法以及相分离共混法制备单/多纳米孔道的方法进行了详尽的描述,同时对纳米孔道的进一步修饰做出了系统的表征和讨论。本论文主要工作如下:(1)受生命体中离子通道的启发,利用径迹刻蚀方法制备了不对称的锥形单纳米PET孔道,并构建了葡萄糖生物传感器。孔道上的羧基为GOD酶分子的接枝提供了条件。GOD酶分子会降低孔道的有效孔径,并导致整流比的变化。GOD酶对D-葡萄糖的催化反应使孔道内部环境改变,引起跨膜离子电流的变化,实现对D-葡萄糖的检测。该传感器具有极低的检测限和较好的重复性、手性识别性,是一种很有潜力的新型生物传感器。(2)相分离共混法是一种利用聚合物相与水相在较低温度下发生分离来制备聚合物微孔膜的技术。利用相分离的方法制备了PES多孔膜,并同季磷盐共混制备了改性的PES/TPQPCl共混膜。不同于径迹刻蚀法,运用相分离共混法可直接在制膜阶段通过加入改性剂实现对多孔膜的改性。亲水基TTMPP的掺入使改性后的PES膜具有更大的孔径和孔隙率。改性后的PES/TPQPCl共混膜在不同浓度、pH值以及阴阳离子的电解质溶液中具有更好的离子输运能力。(3)利用离子溅射仪将Ag纳米颗粒溅射到PET单锥纳米孔道内部。镀Ag层能有效减小孔道的孔径,并使孔道产生较大的整流性。可见光辐照能够激发孔道表面银纳米颗粒的等离子体共振,Ag纳米颗粒的这种量子效应能增加孔道的表面电荷密度,进而提高孔道的跨膜离子电流。此外,光照后孔道表面更加亲水,也在一定程度上加大了孔道的跨膜离子电流。实验结果表明,利用离子溅射法能够成功地制备出孔径可控,离子整流性连续可变的金属/聚合物复合纳米孔道。
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