导电高分子多孔纳米结构的制备及其在生物医学领域的应用

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具备纳米结构的导电高分子以其独特的物理、化学性能,在生物医学、超级电容器和纳米器件等领域有广泛的应用前景,近年来受到越来越多的关注。因此,如何控制导电高分子纳米材料的形貌,使其按照一定的规律进行组装、复合,对于深入研究材料形貌与物性间的关系,合成具有特殊形貌和功能的纳米结构,最终实现按照人们的意愿设计和组件功能纳米材料具有非常重要的意义。制备导电高分子纳米结构的方法主要有以下两类:模板法和无模板法,目前出现一种利用纳米结构的无机氧化剂作为一种自牺牲模板来合成导电高分子的纳米结构的新方法,通过制备不同形貌的无机物可以实现对导电高分子形貌的控制,具有简单、高效和无污染等特点。FeCl3作为一种常见的氧化剂,具有来源丰富、价格便宜和适用性广等特点,被广泛的应用于导电高分子的制备,但以其作为自牺牲模板来合成导电高分子纳米结构的报道目前尚未见诸文献。因此本文首次提出利用FeCl3作为自牺牲模板来制备导电高分子多孔纳米结构,并探索了相关实验条件对纳米结构形貌的影响以及该纳米结构在生物医学领域的应用。实验过程及研究结果均表明该制备导电高分子纳米结构的方法具有操作简单、条件温和、制备时间短、成本低廉、容易放大和无需后处理等优点,是一种制备导电高分子纳米结构的通用方法。全文的主要研究内容和实验结果如下:  (1)采用溶剂挥发成膜的方法获得了FeCl3的多孔纳米结构,研究了溶剂、干燥温度、FeCl3的浓度对形貌的影响,获得了最佳的制备条件:溶剂为无水乙醇、干燥温度为40℃、FeCl3的浓度为0.1M。  (2)采用化学气相沉积的方法在真空的环境中,以FeCl3多孔纳米结构同时作为氧化剂和自牺牲模板合成了三种典型导电高分子[聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANI)、聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)]的多孔纳米结构,证实以FeCl3作为自牺牲模板的方法是一种制备导电高分子多孔纳米结构的普适性方法。相关表征显示所获得的导电高分子多孔纳米结构具有高的比表面积和电导率以及超强的亲水性。此外,通过控制反应单体的量还可以获得实心或空心的多孔结构。  (3)通过先在FeCl3的多孔纳米结构中导入CaCl2,再采用化学气相沉积法进一步氧化聚合吡咯获得还可获得PPy/CaCl2多孔纳米复合材料。将该PPy/CaCl2多孔纳米复合材料在SBF溶液中浸泡后,对其生物活性进行了进一步研究。实验结果表明PPy/CaCl2多孔纳米复合材料在SBF溶液中浸泡24小时后其表面即可出现羟基磷灰石(HA)的沉积,96小时HA就能够覆盖整个表面,显示出较强的生物活性。
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