辣根过氧化物酶催化合成PEDOT及其应用

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导电高分子聚二氧乙撑噻吩(PEDOT,poly-(3,4-ethylenedioxythiophene))近年来引起了很多人研究兴趣,主要是由于PEDOT具有较低的能带隙、优良的导电性(10~105S/cm)、显著的电致变色特性以及环境热稳定性,成为当前引人注目的商业化应用型导电聚合物。   目前常用的化学法聚合聚二氧乙撑噻吩/聚苯乙烯磺酸盐((poly-(3,4-ethylenedioxythiophene)/poly(styrenesulfonate),PEDOT/PSS),由于使用大量的强酸和极强的氧化剂,不仅回收处理困难并且污染环境,所以本研究采用辣根过氧化物酶(Horseradishperoxidase,HRP)作为催化剂,配合氧化剂H2O2,以期开发一种对环境更加温和、友好,应用于生物材料的PEDOT/PSS薄膜。本研究主要包括的内容和结果如下:   一、构建了HRP催化合成PEDOT/PSS的合成体系,通过考察HRP在不同pH(2~7)、不同过氧化氢(H2O2)和十二烷基硫酸钠(Sodiumdodecylsulfate,SDS)浓度下的活性变化,建立了HRP最佳的反应条件。再结合HRP催化合成PEDOT/PSS的条件验证对比,最终确定PEDOT/PSS合成的最优条件,即,缓冲液为200mM的Citricacid-phosphate(pH2),反应温度25℃。反应体系中SDS浓度为0mM,而H2O2则分6次添加,每次添加浓度不超过4mM,终浓度为25mM。   二、本研究验证了加热与模板PSS在合成中的重要作用,建立HRP两步法合成PEDOT/PSS,提出并验证了两步法合成的机理,即,HRP在第一步中将EDOT单体转变为EDOT自由基,并在模板PSS的存在下连成寡聚物;第二步加热使得链继续延伸。通过紫外分光光度计(Ultraviolet-visiblespectrophotometer,UV)初步检测并探讨其中关键因素HRP浓度、反应时间、加热温度、加热时间对合成的影响,建立了完整的HRP合成PEDOT/PSS的条件,即,HRP浓度为0.5mg/mL,反应时间16h,在60℃加热150min后得到产物PEDOT/PSS。   三、通过比较16种不同有机溶剂(乙腈、甲基叔丁基醚、丙酮、乙酸酐、甲基异丙酮、吡啶、氯丁烷、乙醇、甲苯、己烷、二乙醚、异丙醇、甲醇、正丁醇、二甲基亚砜、氯仿)对PEDOT/PSS的萃取效果,最终选取正丁醇作为纯化溶剂。将纯化后的PEDOT/PSS用霍式转换红外线光谱(FT-IR)、热重分析仪(TGA)、场发式扫描电子显微镜(SEM)、共振拉曼光谱仪(Raman)、高解析电子能谱仪(XPS)、核磁共振波谱仪(NMR)表征,并用四点探针和循环伏安法进行电化学性质分析,证明了HRP合成的PEDOT/PSS颗粒细致,符合quinol结构,与模板PSS结合力强,还具有良好的电化学活性,PEDOT/PSS与石墨以重量比4∶1掺杂混合后的导电性为12.84S/cm。   四、将生物相容性高分子材料PVA与PEDOT/PSS混合,并通过电仿和涂布的方式制膜,比较了膜的均匀性和导电性,最终确定以涂布的方式制膜。用SEM和XRD观察PEDOT-PVA表面形态,证明涂布的PEDOT-PVA膜平整细致,并考察了骨细胞MG63对PEDOT-PVA膜培养情况的应答,证明骨细胞能很好的在膜上生长,并为后期细胞在电刺激作用下修复生长提供了基础。
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