功能有序多孔膜的构筑与压电传感检测

In this project，we plan to prepare piezoelectric sensors with functional order honeycomb-patterned films including metallic mesoporous nanocomposites, mesoporous TiO2, Metal-organic framework materials, photoic crysrtal, and highly ordered microporous polymer film. A detection system is built for simultaneous determination of the parameters such as surface acoustic impedance, electrochemistry and spectroscopy during the interaction processes between the porous film layers and targets. The information related to the changes in surface mass loading, properties of the porous films, electrochemical and spectral characterization, interface resistance and capacitance is obtained. By combination with the morphology of the porous films, the interaction processes are characterized. A multivariable impedance analysis method is developed for piezoelectric sensors with porous films. The changes in surface mass and viscosity of the porous films are measured. By using surface biochemical functional modification, the interaction processes between cell, medicine, protein, DNA are investigated under the condition of porous films. The relation between function and topology of biomacromolecules is discussed.

本项目拟采用多种成膜技术，在压电传感器表面构筑多孔纳米金、金属-有机骨架材料、二氧化钛多孔膜、光子晶体、蜂窝聚合物膜等具有代表性的多孔膜层，搭建集表面声阻抗、电化学、光谱学为一体的检测系统，检测这些有序多孔膜层在与目标物作用过程中的质量效应、光谱特性、电化学参数及界面电阻、电容等变化，结合表面形貌测定，多方位表征这些膜层的作用过程。建立多参数压电阻抗分析与传感检测技术，研究压电传感器在多孔膜条件下的响应特性与定量方法，为多孔非刚性膜层的界面过程提供更为真实可靠的表面质量与膜粘弹性方面的信息。配合表面生物功能性修饰，研究在多孔膜环境束缚下细胞、药物、蛋白质、DNA等的相互作用过程，探讨生物大分子拓扑结构与功能的关系，研制光、电、质量联用的多维信息的化学/生物传感器，颇具创新性、学术价值和应用前景。

本项目采用水滴模板法、阳极氧化法、在线生长、电喷雾等方法制备了蜂窝状聚合物膜、二氧化钛纳米管膜、金属-有机框架(MOFs)膜、分子印迹等有序多孔结构材料，以压电传感器监测了其成膜动力学过程及其界面吸附过程，搭建了可同时监测光谱与表面质量变化的压电传感装置；采用气隔电极式石英晶体微天平的设计，消除了电极腐蚀所造成的传感器谐振频率的基线漂移，并更易与吸收光谱法联用。采用多参数阻抗分析方法，研究压电传感器在这些有序多孔膜条件下的响应特性；将气隔电极式压电传感器应用于毛细管电泳的检测器。以电化学、光谱等方法研究了聚茜素红/离子液体、纳米金/石墨烯、CdSe-碳纳米管-Nafion、g-C3N4/TiO2纳米管、MOFs/g-C3N4/TiO2纳米管、巯基掺杂聚苯胺纤维膜、花状Co3O4、铋/Nafion、金微电极阵列等修饰电极以及分子印迹材料的响应特性，建立了高灵敏度的检测重金属离子、生物标志物、雌二醇、藻青蛋白、生物相关小分子、酶活性的测定方法。相关研究成果已经在 Sens. Actuators B、Electrochim. Acta、Biosens. Bioelectron.、Environm. Sci. -Nano、Talanta、Colloids Surfaces A、Thin Solid Films、Anal. Methods等SCI 期刊上发表论文21 篇，其它论文5篇，其中发表SCI 1区论文8篇，申报国家发明专利5项。具有一定的创新性、学术价值和应用前景。