基于生物传感器的生物活性体负载有序介孔氧化硅纳米纤维及其敏感特性

纳米有序介孔材料具有均一可调的介孔孔径和结构、稳定的骨架、比表面积大且可修饰的内表面，是目前研究的热点之一，在介孔中加入光、电、磁、生物等活性分子，可制备出具有不同功能的传感器，具有广阔的发展前景。目前此方向的研究大多集中于介孔粉体和薄膜，对用于生物传感器的纳米有序介孔纤维研究很少。本项目拟在前期研究的基础上，利用自组装和静电纺丝方式制备不同介观结构的有序介孔氧化硅纳米纤维，并进行功能化改性，实现生物活性分子的负载，制备出负载有生物活性分子的有序介孔纤维作为敏感元件的生物传感器。研究有序介孔在纤维静电纺丝形成过程自组装动力学过程，探索纳米纤维中功能化介孔形成的机理、对介孔排列有序度的影响因素、生物活性分子负载机理等，考察介孔孔径大小、有序排列所带来的独特传感特性以及纤维载体带来的敏感特性。本项目在纳米有序介孔无机氧化物纤维制备及其在生物传感器的应用上具有明显的创新性。

介孔氧化硅材料具有均一可调的介孔孔径和结构、稳定的骨架、比表面积大且可修饰的内表面，是目前研究的热点之一。介孔负载活性分子后可制备出具有不同功能的传感器，具有广阔的发展前景。但目前此方向的研究大多集中于介孔氧化硅粉体和薄膜，介孔氧化硅纤维氨基功能化后用于电化学传感器研究较少。.本项目利用自组装和静电纺丝方式制备不同介观结构系列介孔氧化硅纤维F127-SiO2/PEO、F127-SiO2/PVB、F127-SiO2/PVP、P123-SiO2/PVP和CTAB-SiO2/PVA等。利用TEOS和APTES作为共同硅源，采用共合成表面修饰法实现介孔氧化硅的氨基功能化。以FTO（掺杂氟的SnO2）透明导电玻璃为基片，将氨基功能化介孔氧化硅/PVA自支撑纤维膜直接沉积或转移在上面，组装负载电化学活性物质PMo或Cyt c后作为敏感元件制得介孔氧化硅纤维电化学传感器。研究了制备条件及介孔形成、氨基功能化、活性分子负载、电化学传感等机理，考察了介孔氧化硅纤维与薄膜的差异所带来的不同性能。.结果表明，所制得氨基化介孔氧化硅纤维直径范围为200-650nm，BET比表面积为656m2g-1，孔容为0.475cm3g-1，平均孔径为2.89nm，孔径分布窄。纤维相互搭接，形成自支撑纤维膜。模板剂对孔径影响较大，而助纺剂主要影响成丝性能、纤维直径大小等。采取萃取的方式去除模板剂，以克服高温处理除去模板剂带来的纤维脆性。TEOS、APTES的加入顺序、pH值等因素对氨基化介孔氧化硅纤维制备、形貌和介孔结构有较大影响。氨基的正电性和碱性有利于结合Cyt c、PMo分子，负载后仍保持介观结构和电化学活性，稳定性好。模板剂CTAB所制备的介孔由于孔径较小无法负载Cyt c。PMo/介孔氧化硅复合修饰电极具有制备简单，响应快速、稳定性高的特点，对BrO3−具有电催化性能，可以作为检测卤酸根离子的电化学传感器。检测限浓度小于10mmol/L，有很好的线性相关性。由于介孔纤维在静电纺丝制备时相互搭接形成纤维膜的形态，因此介孔纤维修饰电极制备十分简便，可灵活采用直接沉积和转移两种方式。纤维搭接部分留有较大的空隙，便于物质在膜内的运输和信号在膜内的传导，在浸渍负载活性分子时较易进入内层，负载效率更高，传感性能更加优异。