聚吡咯纳米功能涂层的构建及其生物学性能研究

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1、硕士学位论文聚吡咯纳米功能涂层的构建及其生物学性能研究作者姓名周文浩学科专业材料学指导教师宁成云教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月TheConstructionandBiologicalPropertiesofPolypyrroleNano-functionalCoatingADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhouWenhaoSupervisor：Prof.NingChengyunSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzho

2、u,China分类号：TQ32学校代号：10561学号：201520114790华南理工大学硕士学位论文聚吡咯纳米功能涂层的构建及其生物学性能研究作者姓名：周文浩指导教师姓名、职称：宁成云教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料学研究方向：生物医用材料论文提交日期：2018年4月25日论文答辩日期：2018年5月31日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：叶建东教授委员：邓春林教授宁成云教授董华教授赵娜如副研究员摘要导电高分子由于其良好的生物相容性、掺杂可逆性和优异的导电性，广泛应用于组织修复材料研究。当前的研究热点是

3、将导电高分子用于神经损伤修复以及骨组织修复，但是却忽略了植入材料-组织界面容易发生细菌感染这一问题。为了赋予导电高分子抗菌性能，比较常见的是采用金属离子和抗生素等去提升导电高分子的抗菌性。但这些具有抗菌性能组分的引入会影响导电高分子的生物相容性。受天然抗菌材料壳聚糖的阳离子特性启发，本研究从导电高分子的阳离子聚合物特性出发，在不引入抗菌剂的条件下，设计提升其抗菌性能。与此同时，基于导电高分子的导电性特点和掺杂剂多样性，设计开发了即时细菌检测电极。主要研究工作如下：（1）构建具有抗菌性的聚吡咯纳米结构功能涂层并研究其抗菌性能和抗菌机理。选用生物分子磺基水

4、杨酸作为掺杂剂，通过电化学无模板方法，在钛电极表面制备出聚吡咯/磺基水杨酸纳米棒阵列。并研究通过电解质的pH值、掺杂剂磺基水杨酸浓度以及聚合时间这三个电化学聚合参数，调控聚吡咯拓扑结构。磺基水杨酸带有一个磺酸基团和一个羧酸基团，强负电基团掺杂剂的引入可以有效提升导电高分子的表面电势。研究利用开尔文探针显微镜测定了聚吡咯/磺基水杨酸纳米棒阵列及其对照组的表面电势，表明强负电性掺杂剂磺基水杨酸提升了聚吡咯的表面电势。高表面电势的材料界面具有强的巯基氧化能力，能够有效破坏细菌表面的巯基，造成细菌死亡。平板菌落计数法表明聚吡咯/磺基水杨酸纳米棒阵列具有较强的抗

5、菌性能。纳米阵列结构进一步加强了其抗菌效果，实现了表面电势巯基氧化和纳米阵列结构的协同增强的抗菌效果。研究提出的阳离子聚合物抗菌机理为聚吡咯/磺基水杨酸能够氧化细菌表面的巯基，破坏细菌自身的质子转移平衡体。细胞死活实验表明，在实现抗菌性提升的同时保留了其良好的生物相容性。（2）构建聚吡咯/柠檬酸/伴刀豆球蛋白细菌检测电极用于致病菌检测。选用柠檬酸分子作为掺杂剂，采用电化学无模板方法，成功构建出聚吡咯/柠檬酸纳米锥阵列。掺杂剂柠檬酸分子带有大量的羧基基团，可以为接枝特异性细菌结合蛋白提供结合位点。研究选用特异性细菌结合分子伴刀豆球蛋白，化学修饰制备的聚吡

6、咯/柠檬酸纳米锥阵列。伴刀豆球蛋白可以和细菌表面的脂多糖特异性结合，因而表面改性后的聚吡咯/柠檬酸/I伴刀豆球蛋白具有更强的细菌捕获能力。当细菌粘附在电极表面后，会引起电极界面阻抗的改变。因而可以通过电化学交流阻抗实验检测粘附在检测电极表面的细菌。不同浓度的细菌对应的不同的界面电阻，在一定浓度范围内，细菌浓度和阻抗值呈线性关系。电化学细菌检测结果表明，所制备的聚吡咯/柠檬酸/伴刀豆球蛋白可以实现对大肠杆菌的灵敏检测。聚吡咯良好的电活性、纳米锥阵列增大的比表面积以及伴刀豆球蛋白的特异性结合能力是所制备的检测电极实现细菌灵敏检测的关键。关键词：聚吡咯；磺基

7、水杨酸；抗菌；柠檬酸；细菌检测IIAbstractConductivepolymersarewidelyusedintissuerepairmaterialsbecauseoftheirgoodbiocompatibility,dopingreversibilityandexcellentconductivity.Thecurrentresearchhotspotistheuseofconductivepolymersfornerveinjuryrepairandbonetissuerepair,butitignorestheproblemofbact

8、erialinfectionsthatoccurattheimplantedmaterial-