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微波纳米制备基于导电聚合物的纳米复合材料及其在DNA检测方面的应用
2020-02-20  来源:高分子科技

  微波诱导燃烧法制备纳米材料,操作简单易行、无需煅烧、所得产物粒径小、分布比较均匀。金属氧化物如氧化铁、氧化锌、二氧化铈和氧化钛等是一类重要的半导体材料,它们在磁存介质、太阳能转换、电子器件和催化等领域里有着广泛的应用。近年来,微波法作为合成纳米金属氧化物的有效手段得到广阔的发展。

  最近,江南大学任学宏教授与奥本大学张新宇教授研究小组共同探究了锌基复合纳米材料的制备并对其电化学性能进行深入研究。他们采用微波辐射加热大发排列3,以导电聚合物聚吡咯(英文缩写为PPy)为基体,通过调控前躯体的种类及质量,短时间内(60 s)固-固反应生成聚吡咯/ZnO(英文缩写为MWPPy-ZnO),聚吡咯/ZnS(英文缩写为MWPPy-ZnS)纳米颗粒。进一步将得到的材料固定在玻碳电极(英文缩写为GCE)表面,实现对肿瘤DNA基因的有效探测。

固相微波反应

  本研究首次将二水醋酸锌与聚吡咯充分共混,微波加热60 s,制备得到聚吡咯/ZnO(英文缩写为MWPPy/ZnO)纳米颗粒;在上述体系中加入硫粉,制备得到聚吡咯/ZnS(英文缩写为MWPPy/ZnS)纳米颗粒;纯的聚吡咯在微波炉中加热相同时间后收集作为对照(英文缩写为MWPPy)。

材料合成示意图

微波制备纳米颗粒的高倍透射电镜图与X射线衍射图(a,A)PPy,(b,B)MWPPy,(c,d,e,C),MWPPy/ZnO,(f,g,h,D)MWPPy/ZnS

神奇的电化学活性

  研究者通过优化前躯体掺杂比例,得到具有不同电化学响应的复合物。可以看出,相比于纯的聚吡咯,由于多组分的协同效应,杂化材料具有更好的导电性能。为了进一步探究微波制备材料是否具有更好的电化学性能,将聚吡咯与商业纳米ZnO(ZnS)共混,并对其进行表征。结果表明,微波法制备的复合材料具有更好的导电性能。原因是微波辐射法加热均匀,可以使不同的组分更好的“融合”,产生理想均匀的界面效应,从而提高电子传输能力,减小电子迁移阻力。

微波辐射电极材料的循环伏安曲线(a,b,c)及阻抗曲线(d);聚吡咯,醋酸锌及硫粉的质量比分别为1: 2: 0(A),1 : 6: 0(B),1 : 10: 0(C),1 : 6: 0.2(D),1 : 6: 1(E)

共混电极材料的循环伏安曲线(a)及阻抗曲线(b)

灵敏的检测探针

  将探针DNA(pDNA)固定在材料表面,工作电极GCE/MWPPy/ZnO/pDNA及GCE/MWPPy/ZnS/pDNA对PIK3CA肿瘤DNA具有不同的响应范围。可以看出,ZnS对低浓度的DNA(10-13-10-18M)溶液具有更加灵敏的识别作用,主要是由于其更小的纳米尺寸效应(3-5 nm)。同时,该材料对突变的DNA片段具有可靠的选择性,有望用于临床突变基因的检测。

GCE/PPy/ZnO/pDNA(a,b)及GCE/PPy/ZnS/pDNA(c,d)对不同浓度互补基因序列的微分脉冲伏安响应及对应的线性拟合图

GCE/PPy/ZnO/pDNA(a)及GCE/PPy/ZnS/pDNA(b)对突变互补基因序列的探测

  研究者还展示出了材料的多种表征及性能。

  该研究的最大意义在于,简单高效的制备多组分纳米颗粒,并且价格低廉,绿色环保,制备得到的复合材料相较于简单共混具有更好的界面效应,对于复合材料在肿瘤DNA的检测及构建其他传感器具有启示作用。

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b18973

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(责任编辑:xu)
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