可控电沉积技术制备荧光纳米粒子与生物大分子复合膜研究

This project combines biotechnology, electronic technology and nanotechnology to investigate the controllable electrodeposition technique of fluorescent nanoparticles and biomacromolecules, and then it builds effective methods for the electrodeposition technique of fluorescent nanoparticles and biomacromolecules based on the comparative analysis on different electrodeposition methods and deposition conditions. Furthermore, the project makes use of controllable electrodeposition technique to construct composite films of fluorescent nanoparticles and biomacromolecules, and it also explores novel bio-devices based on the composite films of fluorescent nanoparticles and biomacromolecules. The microstructure and surface morphology, fluorescence features, electrochemical properties, mechanical properties, and biological properties of the composite films will be characterized, analyzed and compared. The effect of different electrodeposition conditions on the structure and morphology of the composite films is studied. The electrodeposition technique used in this project can response to electrical signals with controllability and selectivity, and it also has a variety of advantages such as the simple method, the mild conditions (in aqueous solution at room temperature), and no need for organic solvents. The project provides the important theoretical basis and practical experience for building composite films, coatings and bio-devices of nanomaterials and biomacromolecules. Moreover, the project develops new applications for the controllable electrodeposition technique of nanomaterials and biomacromolecules, and it offers novel methods to construct nanocomposite films.

本项目交叉结合生物技术、电子技术和纳米技术，开展不同类型荧光纳米粒子与生物大分子可控电沉积技术研究，通过对不同电沉积方式及控制条件的对比分析，建立荧光纳米粒子与生物大分子电沉积技术的有效方法；在此基础上开展可控电沉积技术制备荧光纳米粒子与生物大分子复合膜的研究，并探索利用荧光纳米粒子与生物大分子复合膜构建新型生物电子器件。对所构建复合膜的形貌结构、荧光性能、力学性能、电化学性能和生物性能等进行分析，并研究不同电沉积控制条件对复合膜的结构和性能的影响。本项目利用的电沉积构建方法对外加电刺激具有响应性，具备可控性和选择性、操作简单、条件温和、不使用有机溶剂等特点。本项目将为电沉积技术制备纳米材料与生物大分子复合膜材料、涂层材料及生物电子器件的研究提供重要的理论和实践依据；本项目也将发展纳米材料与生物大分子电沉积技术的新应用，并为生物大分子纳米复合膜的制备提供新方法。

生物大分子电沉积技术为生物技术与电子技术的交叉结合构建新型功能材料和生物电子器件提供了重要的契机。荧光纳米粒子在光电子器件、生物成像、荧光标记、生物传感器等诸多领域显示出优异的应用价值。本项目围绕可控电沉积技术制备荧光纳米粒子与生物大分子复合膜的研究，首先进行了项目所需的荧光纳米粒子制备，获得了不同类型的荧光纳米粒子（例如碳点、硫化锌量子点、银纳米簇）及其生物大分子纳米复合物，并对所制得的荧光纳米粒子的粒径及粒径分布、形貌结构、荧光性能等进行了表征分析。深入开展了不同类型荧光纳米粒子与生物大分子（例如壳聚糖、海藻酸、羧甲基纤维素）的电沉积技术研究，通过对不同电沉积方法及控制条件的对比分析，建立了荧光纳米粒子与生物大分子电沉积技术的有效方法。开展了电沉积技术构建不同类型荧光纳米粒子与生物大分子复合膜的研究，对所构建复合膜的形貌结构、荧光性能、力学性能、电化学性能和生物性能等进行了分析，并研究了不同电沉积控制条件对复合膜的结构和性能的影响，寻找到电沉积技术制备荧光纳米粒子与生物大分子复合膜的有效手段。在荧光纳米粒子与生物大分子复合膜的结构和性能研究基础上，开展了构建电化学检测器、生物传感器、超级电容器、修饰电极等方面的应用研究，并探索出利用荧光纳米粒子与生物大分子电沉积技术构建新型生物电子器件（例如双功能传感器）的方法。本项目为纳米粒子与生物大分子纳米复合膜的制备提供了一种新颖独特、可控、绿色环保、简单方便的电沉积技术手段。本项目开展了生物技术、电子技术与纳米技术的交叉合作研究，发展了纳米粒子与生物大分子电沉积技术的新应用，对纳米复合材料和生物电子器件的构建及应用提供了重要的理论基础和实践依据。