功能化聚吡咯修饰电极对蛋白质电化学行为研究开题报告

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1、开题报告功能化聚吡咯修饰电极对蛋白质电化学行为研究1选题的背景和意义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。蛋白质直接电化学一直是研究者非常感兴趣的领域。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

2、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。蛋白质在生物体内广泛存在于荷电界面上，如生物膜就是一种荷电界面。电极作为一种研究荷电界面的模型系统，有助于我们深入了解蛋白质在生物膜中发生电子传递的分子机制。其研究，首先，可以方便地获得蛋白质的热力学和动力学性质，有助于深入了解蛋白质电子传递过程；其次，由于蛋白质直接电化学涉及界面专一性、界面相容性和蛋白质的变性问题等，因此在研究过程中可以得到很多关于生物大分子界面问题的启示，进而模拟生物体

3、内的电子传递过程；再次，从应用角度，这项研究把电极与生物大分子联系起来，可以获得一种专一的电催化模式，以实现高灵敏度和高选择性的分子传感[1]。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[2]。导电高分子材料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

4、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。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，

5、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[3]。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

6、件，纳米开关，光学调制器及阀门，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）[4]。图1导电高分子的相关应用聚吡咯是一种重要的结构型的导电高分子材料。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[5]。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键结构聚吡咯的应用范围较广，可以应用于离子交换树脂、离子选择性分离膜、电控药物

7、释放、传感器、固相萃取技术、电催化、金属防腐等方面。离子交换树脂广泛应用于工业水的净化和试剂的再生，但其主要缺点是树脂再生过程中需要消耗大量的酸、碱或盐溶液,且产生的废液会造成对环境的二次污染。澳大利亚Wollogong大学智能材料研究所的Wallace等在Murray提出聚吡咯分离膜之后，对聚吡咯膜电化学控制离子传输进行了更深入的研究，发展了以聚吡咯膜为基体的离子交换分离膜的其他应用领域，制备了性能良好的自支撑的聚吡咯膜，并详细研究了各种操作参数和反应器结构对离子交换分离膜传输性能的影响[6]。电控药物释放是通过电

8、化学方法或其他手段把药物分子或离子加入到聚合物膜中，组成修饰电极，通过控制此电极的电极电位，将膜内的药物分子或离子释放出去。可逆的掺杂/脱掺杂是导电聚合物的特性，其物理化学性质随这一过程发生相应的变化。利用导电聚合物对外部环境的敏感性和可逆的掺杂/脱掺杂性能可以制备不同的导电聚合物传感器，如pH传感器、气体传感器、生物传感器和离子传感器等。聚吡