功能化聚吡咯修飾電極對蛋白質(zhì)電化學(xué)行為研究開題報告

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1、開題報告功能化聚吡咯修飾電極對蛋白質(zhì)電化學(xué)行為研究1選題的背景和意義蛋白質(zhì)是生物體中廣泛存在的一類生物大分子，在生命過程中扮演著極其重要的作用。它是由核酸編碼的α氨基酸之間通過α氨基和α羧基形成的肽鍵連接而成的肽鏈，經(jīng)翻譯后加工而生成的具有特定立體結(jié)構(gòu)的、有活性的大分子。蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。因此，它是與生命及與各種形式的生命活動緊密聯(lián)系在一起的物質(zhì)。蛋白質(zhì)直接電化學(xué)一直是研究者非常感興趣的領(lǐng)域。研究氧化還原蛋白質(zhì)的直接電化學(xué)可以提供能量轉(zhuǎn)換和代謝過程的生命信息，對闡述生物能量傳遞具有重要的意

2、義，同時為揭示蛋白質(zhì)(酶)的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系提供了一條有效途徑，也為進(jìn)行蛋白質(zhì)電子傳遞過程的熱力學(xué)和動力學(xué)研究提供了強(qiáng)有力的方法。蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)廣泛存在于荷電界面上，如生物膜就是一種荷電界面。電極作為一種研究荷電界面的模型系統(tǒng)，有助于我們深入了解蛋白質(zhì)在生物膜中發(fā)生電子傳遞的分子機(jī)制。其研究，首先，可以方便地獲得蛋白質(zhì)的熱力學(xué)和動力學(xué)性質(zhì)，有助于深入了解蛋白質(zhì)電子傳遞過程；其次，由于蛋白質(zhì)直接電化學(xué)涉及界面專一性、界面相容性和蛋白質(zhì)的變性問題等，因此在研究過程中可以得到很多關(guān)于生物大分子界面問題的啟示，進(jìn)而模擬生物體

3、內(nèi)的電子傳遞過程；再次，從應(yīng)用角度，這項研究把電極與生物大分子聯(lián)系起來，可以獲得一種專一的電催化模式，以實現(xiàn)高靈敏度和高選擇性的分子傳感[1]。蛋白質(zhì)在材料表面吸附的研究是發(fā)展先進(jìn)生物芯片、生物傳感器、生物反應(yīng)器,以及一些新型診斷技術(shù)的基礎(chǔ)[2]。導(dǎo)電高分子材料分為結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型兩大類。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料是高分子本身的結(jié)構(gòu)具有一定的導(dǎo)電性能，或者經(jīng)過一定的摻雜處理后具有導(dǎo)電功能的材料，例如聚乙炔、聚苯胺等。復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料是由高分子基質(zhì)與具有導(dǎo)電性能的材料通過各種復(fù)合方法形成的導(dǎo)電材料，復(fù)合材料中聚合物本身沒有

4、導(dǎo)電性能，起導(dǎo)電作用的是聚合物中添加的導(dǎo)電物質(zhì)，例如炭黑、金屬粉等。結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料相對于復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料具有更多的優(yōu)越性，它是由具有共軛雙鍵結(jié)構(gòu)的高分子經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)摻雜，使其由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體或半導(dǎo)體的一類高分子材料，包括本征態(tài)導(dǎo)電高分子材料和摻雜態(tài)導(dǎo)電高分子材料。導(dǎo)電高分子材料無需添加無機(jī)導(dǎo)電材料即可導(dǎo)電，且π電子的成鍵與反鍵能帶之間能隙?。‥g=1.5～4.2eV），接近于無機(jī)半導(dǎo)體的導(dǎo)帶－價帶能隙。本征態(tài)導(dǎo)電高分子材料不僅由于發(fā)生P型摻雜（失去電子）或N型摻雜（得到電子）而形成摻雜態(tài)導(dǎo)電高分子材料，

5、而且具有分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計、原料來源廣、易加工、密度小的特點，其室溫電導(dǎo)率可在絕緣體-半導(dǎo)體-金屬導(dǎo)體范圍內(nèi)變化[3]。導(dǎo)電高分子具有獨特的物理（光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)）及化學(xué)性能（重量輕、易加工、有彈性、結(jié)構(gòu)多樣化），可以被應(yīng)用于許許多多的領(lǐng)域。導(dǎo)電高分子的應(yīng)用主要是基于兩種基礎(chǔ)：利用其導(dǎo)體的特性，或者是利用其作為半導(dǎo)體的特性。具體體現(xiàn)在如下一些方面：非線性光學(xué)器件，高分子發(fā)光二極管，電致變色或者是智能窗戶，光刻膠，抗靜電涂層，傳感器，電池，電磁波過濾材料，人造鼻子與肌肉，太陽能電池，電極，吸微波材料，新型存儲器

6、件，納米開關(guān)，光學(xué)調(diào)制器及閥門，成像材料，高分子電連接材料，納米電子學(xué)及光學(xué)器件，晶體管等等（圖1）[4]。圖1導(dǎo)電高分子的相關(guān)應(yīng)用聚吡咯是一種重要的結(jié)構(gòu)型的導(dǎo)電高分子材料。吡咯單體是一種C,N五元雜環(huán)分子，室溫下為無色油狀液體，沸點129.8℃，密度0.97g/cm3，微溶于水，無毒，在電場或氧化劑的作用下易被氧化，進(jìn)而發(fā)生聚合反應(yīng)生成高分子聚合物[5]。聚吡咯(PPy)具有典型的剛性共軛大π鍵結(jié)構(gòu)(圖2)。圖2聚吡咯(PPy)的共軛大π鍵結(jié)構(gòu)聚吡咯的應(yīng)用范圍較廣，可以應(yīng)用于離子交換樹脂、離子選擇性分離膜、電控藥物

7、釋放、傳感器、固相萃取技術(shù)、電催化、金屬防腐等方面。離子交換樹脂廣泛應(yīng)用于工業(yè)水的凈化和試劑的再生，但其主要缺點是樹脂再生過程中需要消耗大量的酸、堿或鹽溶液,且產(chǎn)生的廢液會造成對環(huán)境的二次污染。澳大利亞Wollogong大學(xué)智能材料研究所的Wallace等在Murray提出聚吡咯分離膜之后，對聚吡咯膜電化學(xué)控制離子傳輸進(jìn)行了更深入的研究，發(fā)展了以聚吡咯膜為基體的離子交換分離膜的其他應(yīng)用領(lǐng)域，制備了性能良好的自支撐的聚吡咯膜，并詳細(xì)研究了各種操作參數(shù)和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對離子交換分離膜傳輸性能的影響[6]。電控藥物釋放是通過電

8、化學(xué)方法或其他手段把藥物分子或離子加入到聚合物膜中，組成修飾電極，通過控制此電極的電極電位，將膜內(nèi)的藥物分子或離子釋放出去。可逆的摻雜/脫摻雜是導(dǎo)電聚合物的特性，其物理化學(xué)性質(zhì)隨這一過程發(fā)生相應(yīng)的變化。利用導(dǎo)電聚合物對外部環(huán)境的敏感性和可逆的摻雜/脫摻雜性能可以制備不同的導(dǎo)電聚合物傳感器，如pH傳感器、氣體傳感器、生物傳感器和離子傳感器等。聚吡