功能化聚吡咯修饰电极对蛋白质电化学研究文献综述

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1、文献综述功能化聚吡咯修饰电极对蛋白质电化学研究1前言蛋白质是生物体中广泛存在的一类生物大分子，在生命过程中扮演着极其重要的作用。它是由核酸编码的α氨基酸之间通过α氨基和α羧基形成的肽键连接而成的肽链，经翻译后加工而生成的具有特定立体结构的、有活性的大分子。蛋白质是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。因此，它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。研究氧化还原蛋白质的直接电化学可以提供能量转换和代谢过程的生命信息，对阐述生物能量传递具有重要的意义，同时为揭示蛋白质(酶)的结构-功能关系提供了一条有效途径，也为进行蛋白质电子传递过程的热力学和动力学研究提供了强有力的方法，已经成为

2、制备新一代电化学生物传感器领域的重要手段。蛋白质在材料表面吸附的研究是发展先进生物芯片、生物传感器、生物反应器,以及一些新型诊断技术的基础[1]。2聚吡咯2.1导电高分子材料简介自从掺杂聚乙炔呈现金属导电特性以来，新型交叉研究领域—导电高分子诞生了。导电高分子材料可以分为结构型和复合型两大类。结构型导电高分子材料是高分子本身的结构具有一定的导电性能，或者经过一定的掺杂处理后具有导电功能的材料，例如聚乙炔、聚苯胺等。复合型导电高分子材料是由高分子基质与具有导电性能的材料通过各种复合方法形成的导电材料，复合材料中聚合物本身没有导电性能，起导电作用的是聚合物中添加的导电物质，例如炭黑、金属粉等。

3、结构型导电高分子材料相对于复合型导电高分子材料具有更多的优越性，它是由具有共轭双键结构的高分子经化学或电化学掺杂，使其由绝缘体转变为导体或半导体的一类高分子材料，包括本征态导电高分子材料和掺杂态导电高分子材料。导电高分子材料无需添加无机导电材料即可导电，且π电子的成键与反键能带之间能隙小（Eg=1.5～4.2eV），接近于无机半导体的导带－价带能隙。本征态导电高分子材料不仅由于发生P型掺杂（失去电子）或N型掺杂（得到电子）而形成掺杂态导电高分子材料，而且具有分子结构可设计、原料来源广、易加工、密度小的特点，其室温电导率可在绝缘体-半导体-金属导体范围内变化[2]。12根据导电高分子的定义，

4、它具有两方面的根本性质：首先是高分子的性质，即每个导电高分子都是由许多小的，重复出现的结构单元组成。其次是导电性，即在材料两端加上一定电压，在材料中应有电流流过。导电高分子具有独特的物理（光学性质、电学性质、磁学性质）及化学性能（重量轻、易加工、有弹性、结构多样化），可以被应用于许许多多的领域。导电高分子的应用主要是基于两种基础：利用其导体的特性，或者是利用其作为半导体的特性。具体体现在如下一些方面：非线性光学器件，高分子发光二极管，电致变色或者是智能窗户，光刻胶，抗静电涂层，传感器，电池，电磁波过滤材料，人造鼻子与肌肉，太阳能电池，电极，吸微波材料，新型存储器件，纳米开关，光学调制器及阀

5、门，成像材料，高分子电连接材料，纳米电子学及光学器件，晶体管等等（图1）[3]。图1导电高分子的相关应用2.2聚吡咯吡咯单体是一种C,N五元杂环分子，室温下为无色油状液体，沸点129.8℃，密度0.97g/cm3，微溶于水，无毒，在电场或氧化剂的作用下易被氧化，进而发生聚合反应生成高分子聚合物。聚吡咯(PPy)具有典型的刚性共轭大π键结构(图2)。图2聚吡咯(PPy)的共轭大π键结构2.2.1聚吡咯的性质聚吡咯由于其结构，其性质包括导电性、氧化还原性以及稳定性。纯聚吡咯(即不经过掺杂)其导电性较差，12只有经过合适掺杂剂掺杂后的聚吡咯才能表现出较好的导电性。影响其导电性的因素主要有掺杂剂、

6、介质的选择、反应体系的理化性质等。掺杂阴离子不同对合成的聚吡咯电导率影响较大，可以相差若干个数量级。研究表明电解液溶剂对电化学聚合过程的影响，发现溶剂给电子性(DN)越低，得到的聚吡咯膜电导和力学强度越好。吡咯聚合电解液所用溶剂的DN值应在20以下。除上述因素外，反应体系的理化性质，包括反应温度、pH值、电压、电流密度等对聚吡咯的导电性也有不同程度的影响。在电化学合成过程中，控制电位或电流密度较低，则聚合反应速度较慢，生成的聚吡咯结构有序，电导率较高。掺杂阴离子不同对合成的聚吡咯电导率影响较大，可以相差若干个数量级。通常采用有机磺酸或盐可以得到电导率较大的聚吡咯膜。温度也是重要的影响因素，

7、温度越高所合成的聚吡咯膜表面越粗糙，电导率也越低。此外，支撑电解液的pH值也是重要影响因素，其值越小，在其中合成的聚吡咯的电导率就越高。在导电聚合物中，掺杂是指溶液中的离子在电化学或化学作用下，在氧化(或还原)过程中聚合物的主链产生了多余电荷，根据电中性原理，为了补偿这些电荷，外界异相荷电离子进入导电聚合物母体的过程；脱掺杂则是掺杂的逆过程，即当导电聚合物重新被还原(或氧化)后，聚合物主链变为电中性，而原本掺杂在导电聚合