氢终端掺硼金刚石多晶的表面功能化修饰及其生物传感性能研究

金刚石薄膜表面的化学惰性导致其表面可再造性能差，无法满足制备各种功能表面的需要，因此，要扩展金刚石薄膜的应用，必须以官能团修饰使其表面功能化。本项目拟采用三种途径实现氢终端掺硼金刚石的化学功能化修饰，导入易于固定化生物分子的羧基与叠氮基。采用电化学、X射线光电子能谱（XPS）等方法进行表征分析，优化修饰途径。用紫外光辐射模版对样品表面进行微米级图案刻印，将荧光标记生物分子高效地固定在样品表面，利用荧光显微镜检测样品表面生物分子的荧光图象，确定最佳固定化方案。本研究在系统探讨与建立一系列金刚石表面功能化修饰和表面生物分子固定化方法的基础上，深入开展表面功能化掺硼金刚石的电化学生物传感性能，探讨相关的物理化学内涵及理论机制，为制备高灵敏度、快速响应、可选择性强的金刚石基生物传感器提供重要的实验研究和理论分析基础。本项目研究具有重要的应用价值和科学意义。

金刚石薄膜表面的化学惰性导致其表面可再造性能差，无法满足制备各种功能表面的需要，因此，要扩展金刚石薄膜的应用，必须以官能团修饰使其表面功能化。本项目主要致力于发展金刚石表面的功能化修饰方法，开发研究出了多种简便易行并具有可控性的反应方法，成功将多种官能团导入到金刚石表面。这些方法主要是以等离子、光化学以及化学方法为基础。通过氧化活化氢终端掺硼金刚石（H-BDD）表面，通过氧化表面形成的羟基与丁二酸酐之间的一个开环反应获得羧基基团。采用硅烷化反应将氧化表面转变为氨基终端。通过戊二醛对氨化金刚石的修饰将易于固定生物分子的醛基连接到样品表面。将氢终端的金刚石表面通过氨气等离子体进行直接氨化。另外采用N-溴代丁二酰亚胺，N-氯代丁二酰亚胺对氢终端掺硼金刚石 (H-BDD) 分别进行了溴化与氯化。我们通过叠氮化钠与卤化金刚石表面间的亲核取代反应获得叠氮终端表面。采用点击化学法将乙炔基二茂铁连接到此叠氮终端掺硼金刚石表面。采用紫外/臭氧氧化技术在周围存在水和氧气的条件下对氢终端掺硼金刚石进行氧化。室温下，通过氧终端掺硼金刚石表面羟基官能团与对叠氮苯甲酸间的酯化反应获取掺硼金刚石表面叠氮终端，将合成的炔基终端环玢“点击”到叠氮终端的掺硼金刚石表面。采用表面水接触角、电化学工作站、X射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）等表征手段对修饰过程的金刚石薄膜进行了结构、表面形貌、电化学性能的表征分析。 .在氨化后的金刚石样品表面通过酰胺反应共价连接辣根过氧化酶（HRP）。实验结果表明HRP修饰的样品表面的HRP具有很好的活性。HRP修饰金刚石传感器表面的UV吸收强度与H2O2浓度基本成直线正比关系，因此该酶电极可用于H2O2的定量检测。在氢终端，氨终端，氧终端等样品表面进行老鼠腿骨细胞的培养，发现氨终端样品与细胞的生物相容性最佳。通过荧光电子显微镜对染色后的细胞进行观察，发现氨终端样品表面上培养的细胞具有最好的形态，再次表明氨化处理对金刚石的生物相容性有明显改善。. 采用自制的磁控弧光射频等离子体增强化学气相沉积设备在生物玻璃基板上制备类金刚石碳(DLC)膜。将金刚石表面的功能化修饰方案拓展到类金刚石薄膜表面。实验结果表明氨化后类金刚石表面同样具有良好的生物相容性。