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光学活性偶氮苯功能聚合物作为蛋白质吸附材料的基础研究

作　者: 闫立军
导　师: 冯传良；张治红
学　校: 郑州轻工业大学
专　业: 材料学
关键词: 偶氮苯 光学异构 原子转移自由基聚合 等离子体表面谐振仪 生物传感器 导电聚合物
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


偶氮苯类化合物具有独特的光学顺反异构特性,在异构化转变过程中会伴随着一些物理化学性质的改变。目前偶氮类材料被广泛地应用于药物可控释放、非线性光学元件、液晶材料、光调控生物敏感材料等方面。本论文制备了三种含不同端基的功能化偶氮苯聚合物,并利用傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、核磁共振波谱仪(1H NMR)表征了其结构,详细研究了牛血清白蛋白(BSA)在含偶氮苯敏感膜上的吸附行为。本课题旨在研究在光、电两种外场影响下,BSA在偶氮苯聚合物膜表面的可逆吸附机理,为进一步研究开发光敏性传感器芯片提供理论基础。首先,考察BSA在聚-4-氯-4’-偶氮苯甲基丙烯酸酯(PMAAzoCl)薄膜表面的吸附行为。通过自由基聚合法制得PMAAzoCl,并采用紫外吸收光谱(UV)详细研究该聚合物的光学异构特性,在紫外-可见光循环照射下,PMAAzoCl发生明显的异构化转变,且光响应速度较快,其光致异构反应为一阶动力学反应。接着,利用旋转涂膜技术在金片和硅片表面制备聚合物膜,并在紫外-可见光交替照射下采用接触角仪(CA)考察聚合物膜表面浸润性的变化。采用表面等离子体谐振仪(SPR)在位研究BSA在聚合物膜表面的吸附动力学,重点研究在紫外-可见光循环照射下,聚合物结构的改变对蛋白质吸附的影响。SPR测试结果显示,在该聚合物膜表面BSA分子能够发生可逆吸附。为了考察聚合物化学结构对生物分子吸附的影响,又利用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)方法在金膜及硅片表面制备了结构规整的偶氮苯聚合物刷,即聚-4-(6-羟基己氧基)-4’-羧基偶氮苯甲基丙烯酸酯(PMAAzoCOOH)。同时合成了在金膜及硅片表面进行接枝反应所需的两种引发剂6-巯基-2-溴-2-甲基丙酸己酯及N-(3-甲氧基硅基)正丙基-2-溴-异丁酰胺,并通过FT-IR与1H NMR表征了其化学结构,然后将其组装到金片和硅片表面,采用SI-ATRP法制备偶氮苯聚合物刷。接着,采用原子力显微镜(AFM)观察聚合物刷在紫外-可见光照射前后的表面形貌变化。在此基础上,采用SPR在位考察了BSA在聚合物膜表面的动态吸附,结果表明在紫外-可见光作用下,聚合物膜同样可以实现光控可逆的BSA分子的可逆吸附。最后,为了进一步研究外场对生物分子在偶氮苯类聚合物表面的吸附行为和机理,又利用循环伏安法(CV)和SPR考察了BSA在光电双重响应性聚合物膜表面的可逆吸附行为。为了得到具有双重响应性物质,本课题把吡咯分子引入到偶氮苯取代基中,并利用化学氧化聚合法制备出聚-4-(6-羟基己氧基)-4’-羧基偶氮苯甲基丙烯酸酯聚合物(PPyAzoCOOH),采用UV详细研究了聚合物的光学异构现象,与上述两种聚合物相比,PPyAzoCOOH的光致异构速率明显变慢;同时在紫外-可见光交替照射下采用AFM观察BSA在聚合物膜表面的吸附及解吸附。利用CV测试聚合物膜的导电性能及BSA在聚合物复合电极吸附前后的电化学活性变化,运用SPR检测BSA在聚合物膜表面的可逆吸附动力学,结果表明该偶氮苯吡咯聚合物具有良好的光电响应特性。通过对三种偶氮苯类聚合物体系光学异构性的比较,可以发现,随着偶氮苯分子的柔性间隔链长的增加,光学异构速率降低,而偶氮苯类聚合物的功能基团种类和外场条件则是影响BSA吸附的主要原因。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 前言  10
  1.2 偶氮苯的光学异构特性及其机理  10-12
  1.3 偶氮类聚合物材料的研究进展  12-14
  1.4 ATRP 法合成聚合物刷  14-16
  1.5 表面等离子体共振技术的原理及应用  16-19
  1.6 本课题研究意义  19-20
第二章 自由基聚合法制备偶氮苯聚合物及性能研究  20-34
  2.1 引言  20-21
  2.2 实验部分  21-25
    2.2.1 试剂和实验仪器  21-23
    2.2.2 实验过程  23-24
    2.2.3 化合物的制备  24-25
  2.3 结果与讨论  25-31
    2.3.1 单体及聚合物的结构分析  25-27
    2.3.2 偶氮聚合物的光学顺反异构  27-29
    2.3.3 表面浸润性研究  29-30
    2.3.4 BSA 在偶氮苯聚合物表面的可逆吸附  30-31
  2.4 小结  31-34
第三章 ATRP 法制备偶氮苯聚合物刷  34-58
  3.1 引言  34-35
  3.2 实验部分  35-44
    3.2.1 试剂和实验仪器  35-37
    3.2.2 实验过程  37-38
    3.2.3 化合物的制备  38-44
  3.3 结果与讨论  44-56
    3.3.1 化合物红外分析  44-49
    3.3.2 化合物的核磁分析  49-51
    3.3.3 聚合物的紫外可见光谱分析  51-53
    3.3.4 表面浸润性的测定  53-54
    3.3.5 聚合物膜的表面形貌分析  54-55
    3.3.6 SPR 检测BSA 分子的动态吸附  55-56
  3.4 小结  56-58
第四章 含吡咯偶氮苯光电敏感膜的制备与性能研究  58-76
  4.1 引言  58-59
  4.2 实验部分  59-64
    4.2.1 试剂和实验仪器  59-61
    4.2.2 实验过程  61-62
    4.2.3 化合物的制备  62-64
  4.3 结果与讨论  64-75
    4.3.1 偶氮苯吡咯及其聚合物结构分析  64-66
    4.3.2 偶氮聚合物的光学顺反异构  66-67
    4.3.3 聚合物膜的表面形貌分析  67-69
    4.3.4 BSA 在聚合物膜表面吸附的电化学行为研究  69-71
    4.3.5 SPR 检测BSA 分子的动态吸附  71-74
    4.3.6 三种聚合物的性质比较  74-75
  4.4 小结  75-76
结论与展望  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-89
附录 1 攻读硕士学位期间发表论文目录  89

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 高分子物理和高分子物理化学 > 高聚物的化学性质
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