苯硼酸功能化刺激响应聚合物的合理设计及应用

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众所周知,人体中诸多生理和病理过程都有糖类的参与,在所有糖类中,对葡萄糖的量化是全世界研究者们最感兴趣的课题之一。本世纪最大的健康威胁——糖尿病也是由于葡萄糖代谢失调,血液中葡萄糖浓度不断积累而形成。对于糖尿病患者而言,规律检测血糖已成为日常。但手指反复穿刺给患者带来的痛苦和压力给予研究者们更大的动力去探寻无创监测技术。唾液葡萄糖因为与血糖浓度存在一定的关系,所以测量唾液中的葡萄糖进行检测是可取的。然而,它们在唾液中相对较低的浓度和共存的化学物质对检测的灵敏性和选择性都提出了挑战。本文主要分为两个部分,在第一部分中,主要合成苯硼酸功能化单体,将苯硼酸功能化单体与NIPAAm共聚,合成具有刺激响应的聚合物聚(3-(丙烯酰胺硫脲)苯基硼酸-co-N-异丙基丙烯酰胺),并对其进行表征。在第二部分中,利用Au-S相互作用,将共聚物修饰在镀金的玻璃纳米孔内壁,合理设计并构建了一种具有良好分析性能的唾液葡萄糖传感器。这项研究搭建了唾液中葡萄糖检测的新平台,并有望为检测生物液体中的其他分子提供一种新的策略。具体来说,本论文包括以下三个方面的工作。第一章绪论本章首先介绍了纳米孔,根据所使用的材料的不同,对纳米孔进行分类阐述,分为生物纳米孔和人工固态纳米孔。并着重阐述了人工固态纳米孔中的玻璃纳米孔的制备、改性及应用。我们还总结了刺激响应聚合物的设计思路和作用原理,以及刺激响应聚合物依托人工固态纳米孔所制造的新型传感器的有关应用。另外,还介绍了葡萄糖浓度检测方法,重点介绍了基于硼酸的电化学检测方法。最后阐明了本论文的研究思路、意义与主要内容。第二章苯硼酸功能化聚合物的合成与表征遵循刺激响应聚合物的设计思路和原则,我们首先合成了具有糖类响应的单体分子3-丙烯酰胺基硫脲基苯硼酸。然后设计合成了以苯硼酸为识别单元,N-异丙基丙烯酰胺为功能单元,硫脲为介导单元的三单元刺激响应聚合物。为了验证成功合成了相关单体和聚合物,对其进行核磁共振氢谱、红外、XPS表征。第三章基于苯硼酸共聚物修饰的玻璃锥形纳米孔对唾液中葡萄糖的检测在这一部分,我们将刺激响应聚合物修饰在玻璃锥形纳米孔内表面进行改性,建立了一种高选择性、高灵敏性检测唾液中葡萄糖的电化学检测方法。将刺激响应聚合物利用Au-S作用,修饰在镀金的玻璃纳米孔的内壁。此聚合物膜的成功修饰可以通过XPS,AFM,I-V曲线来证明。葡萄糖诱导的反应性共聚物中硼酸官能团的pKa移动及其润湿性变化提高了玻璃纳米孔的检测灵敏度。此外,利用多价硼酸-葡萄糖相互作用和硫脲单元的协同作用,也可以实现唾液环境中对葡萄糖的良好选择性。本章工作不仅为提供唾液中的葡萄糖检测提供了一种新的方法,而且为电化学分析中纳米孔内表面化学的合理设计提供了新的思路。
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