光固化复合电泳涂层材料的制备及其传感性能研究

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1 光固化复合电泳涂层材料制备

1.1 光敏性γ-聚谷氨酸-甲基丙烯酸羟乙酯的制备

本实验采用的是光敏性单体改性生物大分子来制作甲基丙烯酸化的γ-聚谷氨酸，具体制备流程如下：首先将2ml 的γ-聚谷氨酸和二甲亚砜相溶，再加入等量的1-乙基-碳酰二亚胺盐酸盐，然后将等量的4-二甲氨基吡啶与等量甲基丙烯酸羟乙酯在5ml 的二甲亚砜中相溶，在均匀搅拌后滴入γ-聚谷氨酸溶液中，此时在充氮环境下室温放置48 小时后再加入等量的二甲氨基吡啶中和，使室温反应停止[1]。反应后还需采用丙酮沉淀离心，用去离子的水透析一直到透析水紫外光谱稳定，表示光敏性γ-聚谷氨酸-甲基丙烯酸羟乙酯制作完成。

1.2 辣根过氧化酶和γ-聚谷氨酸-甲基丙烯酸羟乙酯组合纳米粒子制备

将制备好的光敏性γ-聚谷氨酸-甲基丙烯酸羟乙酯与辣根过氧化酶融合，使两者在复合反应后制备成复合纳米组装聚集体。具体制备流程为：首先用纯净水为溶剂配制出γ-聚谷氨酸-甲基丙烯酸羟乙酯聚合物溶液，然后用pH 值是7 的磷酸缓冲盐溶液作为溶剂，配制出辣根过氧化酶溶液，在均匀搅拌后分别将溶液等量滴入到聚合物溶液中。在两者混合后，使γ-聚谷氨酸-甲基丙烯酸羟乙酯和辣根过氧化物酶质量浓度相等，并在静电的作用下完成复合组装，制成纳米粒子。

1.3 氧化石墨烯制备

采用改良Hummers 法制作氧化石墨烯，所需材料有石墨粉、硝酸钠、浓硫酸、高锰酸钾、双氧水，需要试验设备包括烧杯、透析袋等。将石墨粉和硝酸钠溶于烧杯中，然后加入浓硫酸在冰浴作用下均匀搅拌半小时，加入高锰酸钾粉末搅拌1 小时后静置12 小时。将烧杯从冰浴环境中撤离，加入去离子水后使反应放缓，持续半个小时后再加入双氧水，保持反应2-3 个小时，最后将反应溶液放到透析袋中透析约3-5 天时间，氧化石墨烯基本制备完成。

1.4 沉积液制备

在氧化石墨烯制作完成后，在超声环境下分散2 小时，然后均匀搅拌下滴入辣根过氧化酶和γ-聚谷氨酸-甲基丙烯酸羟乙酯复合液，在静电环境下完成组成，并通过均匀搅拌形成稳定的沉积液。

1.5 光交联电泳沉积涂层制备

利用光固化技术进行电泳沉积涂层的制作，将已经制作好的稳定性能较好的沉积液在三电极体系下进行电泳沉积，并完成涂层的制作。然后在缓冲溶剂中将沉积液中的氧化石墨烯进行还原[2]。经电泳沉积制作完成的涂层放在紫外光固化条件下进行固化，就完成了光交联电泳沉积涂层的制作。

2 光固化复合电泳涂层传感性能研究

通过上述材料的合成制备，在不同沉积条件、不同浓度氧化石墨烯和光交联的过程中，制作了均匀性较好、电子传输性能较好的光固化复合电泳涂层，该涂层的传感性能将受到不同材料、不同沉积条件的影响[3]。

2.1 复合纳米组装聚集体的特征

融合了辣根过氧化酶和γ-聚谷氨酸-甲基丙烯酸羟乙酯双重特点的复合纳米粒子，通过对粒子粒径和形貌的表征，发现复合纳米粒子平均流体动力学直径是103．8nm，复合纳米粒子基本形状为球形，在冻干状态下粒子的直径平均为50nm，因为纳米粒度测试仪是在复合纳米粒子呈液体状态下测定的，所以测试仪测得的粒径要比实际粒径大很多，在粒子干燥环境下，粒子会经过一系列的脱水而出现塌陷、收缩等现象，导致粒子整体粒径大大缩小。

2.2 氧化石墨烯的特征

氧化石墨烯用透射电子显微镜和拉曼光谱进行表征，实验证明，氧化石墨烯主要以薄片的形状存在，厚度均匀有褶皱，这些褶皱的作用是保证氧化石墨烯具有较高的表面积且避免在干燥环境下出现塌陷、收缩等而影响石墨烯的结构与性能。

2.3 沉积电压对光固化复合电泳涂层性能的影响

电泳沉积主要指的是荷电离子在电厂的作用下定向移动并成膜的过程，由于外加电场的存在，会对粒子和流体产生影响，从而使电泳沉积沉积量与电泳涂层的均匀性发生改变，影响电泳涂层的形状和性能。

2.4 沉积时间对光固化复合电泳涂层性能的影响

在电泳沉积的实验中发现沉积的时间也会对涂层的表面形状和传感性能产生一定影响，设定沉积电压为+1．5v，在不同的沉积时间下对电泳涂层的表面形状和传感性能产生的影响进行分析，试验表明，沉积时间从10s 到2 小时变化时，涂层的阻抗能力越强，这也证明电极表面沉积的复合物随着时间的增加而增加，涂层也变得越来越厚和越来越密。

2.5 氧化石墨烯对光固化复合电泳涂层性能的影响

氧化石墨烯是复合聚集体的重要组成部分，氧化石墨烯的含量必定会对电泳沉积和涂层的传感性能产生影响。通过实验研究分析，发现在氧化石墨烯质量浓度是0．2mg/ml 时氧化石墨烯出现了沉淀，此时溶液非常不稳定，说明氧化石墨烯浓度较高而不能使溶液和加入的辣根过氧化酶和γ-聚谷氨酸-甲基丙烯酸羟乙酯进行复合。

2.6 光交联对光固化复合电泳涂层性能的影响

光固化具有高效、低能耗、操作简单的优势，同时还能增强涂层的致密性，提高涂层的传感性能。通过实验研究表明，在电泳涂层光固化之后，阻抗值逐渐变大，说明光固化后的涂层致密性在提高，采用光固化技术可改善电泳涂层的性能，有利于提高涂层的稳定性。

3 结语

综上所述，通过对光固化复合电泳涂层各材料制备流程、各材料浓度、沉积条件对复合涂层性能影响的研究分析，发现在不同沉积条件和材料浓度下，光固化复合电泳涂层稳定性、致密性不同，且皆存在最佳值，在具体制作电泳涂层时为保证其稳定的传感性能应注意选取最佳制备条件。此外，通过本实验也证明，采用光固化技术，使涂层内部产生交联作用，能有效增强涂层的稳定性和致密度。