聚酰胺—胺、离子液体修饰碳纳米管复合物的制备、表征及电催化性能研究

【摘要】： 碳纳米管(CNTs)由于其结构的特殊性以及由此产生的独特性质,在生物医药领域(包括细胞内生物分子传输载体、生物传感器、生物分离／富集以及电催化等)显示出诱人的应用前景。聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM)具有精确的分子结构、大量的表面官能团、分子内存在空腔、相对分子质量可控、分子本身具有纳米尺寸等特点,可应用于药物载体、纳米复合材料、催化剂等多方面。另一方面,室温离子液体(ILs)具有高离子导电性和良好的生物相容性等特点,并且ILs与CNTs间可产生"cation-π"强作用力,有可能促进电子传递,从而有利于CNTs电化学性能的进一步发挥。基于以上分析,本论文结合碳纳米管与聚酰胺-胺、离子液体的优点,采用原位聚合、吸附等方法修饰CNTs,制备了CNT-PAMAM、CNT-IL复合物,采用多种分析测试方法对复合物的微观形貌、蛋白质固定性能及电催化性能进行了详细研究,主要工作如下： 1.简要综述了碳纳米管、聚酰胺-胺、离子液体的结构、性质、碳纳米管功能化修饰方法及其在生物医学、电化学生物传感等领域的应用、发展趋势。 2.乙二胺功能化修饰多壁碳纳米管(MWCNTs)的制备、表征及其对MG-63细胞的毒性研究。在不同的反应温度下利用乙二胺功能化修饰多壁碳纳米管,采用透射电子显微镜,傅里叶变换红外光谱对其微观形貌和表面官能团进行了表征,并对乙二胺修饰多壁碳纳米管复合物的细胞毒性进行了评价。实验结果表明,在交联剂的作用下,乙二胺能成功修饰在碳纳米管表面；与混酸处理的MWCNTs相比,该复合物具有更好的生物兼容性,对MG-63细胞的毒性较小。 3. MWCNT-PAMAM复合物的制备、表征及蛋白质固载性能研究。以乙二胺修饰的多壁碳纳米管为引发核,使用合适的单体,利用原位聚合法(多步Michael加成和酰胺化的反应步骤),制备了不同代数(不同末端基团和相对分子质量)PAMAM修饰的多壁碳纳米管复合物。采用红外光谱,透射电子显微镜、电化学方法等对复合物进行了表征,并对此复合物的蛋白质固载性能做了初步研究。实验结果表明,不同代数的PAMAM能成功修饰在MWCNTs表面；所制备的MWCNT-PAMAM复合物对蛋白质(BSA)具有较好的固定性能。 4.采用吸附法在多壁碳纳米管／玻璃化碳(MWCNTs/GC)电极表面修饰了离子液体,并利用Nafion在ILs/MWCNTs/GC电极表面固定葡萄糖氧化酶,制备了Nafion+GOx/ILs/MWCNTs/GC电极。采用扫描电子显微镜、红外光谱、电化学方法等对其微观形貌、葡萄糖电催化性能进行了表征,并详细研究了离子液体种类、修饰方法对所制备酶电极电催化性能的影响。实验结果表明,离子液体修饰可提高酶电极葡萄糖电催化性能；在最优化电极制备条件下,基于N-丁基吡啶四氟硼酸盐离子液体的酶电极具有更好的电催化性能(对葡萄糖检测限达10μM)。此电极在生物燃料电池电极、葡萄糖电化学生物传感器方面将具有一定的应用价值。