鄒東恢，梁 敏

(1.齊齊哈爾大學食品學院，黑龍江齊齊哈爾 161006;2.齊齊哈爾大學化學與化工學院，黑龍江齊齊哈爾 161006)

0 前言

導電聚合物是20世紀70年代末發(fā)展起來的新興產(chǎn)品，自美國MacDiarmid教授、日本Shirakawa教授等［1］發(fā)現(xiàn)聚乙炔具有高電導率以來，導電聚合物就引起了科學家的關注，導電聚合物同時具有金屬、半導體和絕緣體的某些性質(zhì)，在合成過程中成本低、制作容易，在電磁屏蔽、微電子、場效應晶體管、光電及發(fā)光二極管等［2］領域顯示了良好的應用前景。

導電聚合物是同時具有聚合物特征和導電性質(zhì)的物質(zhì)，根據(jù)材料的組成可以分成復合型導電聚合物材料和本征型導電聚合物材料兩大類。常見的導電聚合物有聚乙炔(PA)、聚噻吩(PT)、聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPY)及聚乙撐二氧噻吩(PEDOT)等，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，某些新型導電聚合物具有良好的生物相容性，在電刺激下可以調(diào)節(jié)細胞的遷移、貼附、蛋白質(zhì)的分泌與DNA［3］的合成等過程，從而使其的應用領域延展到生物工程及醫(yī)療等行業(yè)。

1 導電聚合物的功能特性

導電聚合物的種類較多，易于生產(chǎn)制造，成本低廉，且體積小質(zhì)量輕，特別是通過對聚合物分子結(jié)構(gòu)的合理設計，還可以控制其各種性能，例如，電氣性能、光學性能、力學性能等，具有可加工性和環(huán)境穩(wěn)定性等。

導電聚合物不僅保留了高聚物結(jié)構(gòu)的多樣化、可加工性和柔韌的機械性能等特點，同時還兼具了因摻雜而帶來的半導體或?qū)w的特性，導電聚合物最重要的性質(zhì)是它的導電性，其電導率可在10-9～105S/cm，是能夠完成形態(tài)變化跨度最大的物質(zhì)，可以實現(xiàn)從絕緣體到半導體、再到導體的變化，此外，導電聚合物還具有光導電性質(zhì)、摻雜-反摻雜性能、磁性能、非線性光學性質(zhì)、發(fā)光和氧化還原性能等［4-6］。

2 導電聚合物的制備

導電聚合物可以通過化學法或電化學聚合方法合成，種類不同的導電聚合物需要不同的聚合方法，電化學聚合是在電場作用下電解含有單體的溶液，在電極表面獲得共軛高分子膜;化學聚合是通過采用氧化劑對單體進行氧化或通過金屬有機化合物偶聯(lián)的方式得到共軛長鏈分子。

可以通過其單體的電化學聚合來制備聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等多種導電聚合物，電化學聚合已成為研究和開發(fā)導電高分子的有效方法。通過聚合條件的優(yōu)化，可以得到柔韌、光滑、電導率達102S/cm的導電聚吡咯膜，導電聚吡咯的突出優(yōu)點是在水溶液中進行電化學聚合，陰離子在吡咯聚合過程中不僅參與了吡咯的電化學聚合過程，而且起離子導電作用，同時又是生成導電聚吡咯的摻雜對陰離子［7］。

3 導電聚合物在生物工業(yè)中的應用

3.1 導電聚合物在生物傳感器中應用

生物傳感器是由固定化的生物物質(zhì)(如酶、抗原、生物膜等)作為敏感元件與適當?shù)幕瘜W信號換能器組成的生物電化學分析系統(tǒng)，用導電聚合物聚噻吩、聚吡咯和聚苯胺等作為傳感器的基體材料或選擇性包覆材料可制作生物傳感器，從1986年開始將葡萄糖氧化酶固定在聚吡咯上制成了聚吡咯葡萄糖傳感器后，許多研究者先后開展了相應研究，采用各種導電聚合物作為載體材料制作了微生物傳感器、酶傳感器、免疫傳感器等［8］，其中以生物酶傳感器研究最為廣泛，具體如表1所示。

表1 導電聚合物生物傳感器

酶的固定化為生物傳感器制作的關鍵步驟，固定酶的量可通過酶溶液濃度和聚合物膜厚度來控制，先將導電聚合物聚合在惰性電極上，再利用導電聚合物可逆的摻雜/去摻雜特性以及強吸附性能將酶固定化。

生物傳感器具有廣闊的應用前景，導電聚合物材料的出現(xiàn)為傳感器的設計制作引發(fā)了新的思路，利用導電聚合物的優(yōu)異特性，如何使之實用化是導電聚合物傳感器未來的發(fā)展方向:①可以采用化學修飾如嵌入、復合來合成性能優(yōu)良的導電聚合物敏感材料;②應用多樣化的檢測手段如阻抗技術、SAW技術等，以提高導電聚合物傳感器的靈敏度和可靠性;③開展其在環(huán)境監(jiān)測中的應用研究，如:用于水質(zhì)監(jiān)測的生物耗氧量、酚類、汞鹽等傳感器;④導電聚合物生物傳感器用于臨床醫(yī)學檢測的研究等。

3.2 導電聚合物在組織工程中應用

導電聚合物應用于組織工程領域，是和導電聚合物具備良好的導電性、氧化還原性、三維立體結(jié)構(gòu)及表面形貌等特性密不可分的，但更為關鍵的是其具備良好的生物相容性，生物相容性是電活性導電聚合物應用于生物組織工程首先要解決的問題，一些研究表明，具有電活性的導電聚合物PPY與生物體之間存在相容性［9］。

聚吡咯是導電聚合物中較早被作為組織工程材料研究的材料，研究表明聚吡咯與細胞和組織有較好的適應性，如早期研究表明用對甲苯磺酸鹽摻雜的聚吡咯(PPYTS)與小鼠的神經(jīng)母細胞瘤細胞和小鼠成纖維細胞有細胞相容性，利用導電聚合物作為細胞生長的機體，其好處在于可以通過加電壓和電流的方式使細胞處于電場中，從而誘導其生長行為;以聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)做支持物，將透明質(zhì)酸(HA)摻雜到聚吡咯中合成聚吡咯-HA，在體內(nèi)起促進血管生成的作用［10］，此外，PPY還能促進組織細胞生長，刺激神經(jīng)再生，用于細胞工程等領域。

導電聚合物材料的特殊性能正好滿足了組織工程的發(fā)展需要，生物材料新技術的應用，既能支持組織生長，又能刺激特異性細胞功能，將會成為生物材料領域的主力軍。

4 導電聚合物在醫(yī)藥工業(yè)中的應用

控制藥物釋放的最優(yōu)化方法一直處于不斷的探索中，藥物的可控釋放可克服傳統(tǒng)通過口服或注射藥物引起的血藥濃度波動大等缺點，導電聚合物包裹藥物并通過電化學刺激進行可控釋放，這種方法由于具備一些優(yōu)異的特性而引起關注，目前為止，可經(jīng)導電聚合物包裹并通過電化學刺激實現(xiàn)有控釋放的藥物包括某些治療性蛋白質(zhì)，如有神經(jīng)營養(yǎng)因子、地塞米松、肝磷脂等［11］。

Subramanian［12］把電活性苯胺低聚物以共價鍵的方式結(jié)合在二氧化硅介孔分子篩中，得到了電活性的有機—無機雜化介孔分子篩，此體系可用于可控生物高分子(如蛋白質(zhì)、核糖核酸、荷爾蒙等)或藥物的儲存和釋放。

在醫(yī)學診斷方面，基于導電聚合物制備的生物傳感器可以檢測血糖、尿素、乳酸及膽固醇等;固定有DNA分子的導電聚合物制備的DNA傳感器，可檢測一些遺傳性疾病、病原菌感染，以及分子生物學實驗中的cDNA克隆篩選等［13］。

近年來國外開展較多的治療方法［14］之一是在體內(nèi)植入永久性神經(jīng)電極，通過神經(jīng)電刺激恢復中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的功能，或者通過神經(jīng)電調(diào)節(jié)恢復神經(jīng)系統(tǒng)功能性紊亂的平衡，由于聚合物的疏松結(jié)構(gòu)具有介于探針硬材料和中樞神經(jīng)組織軟材料之間的力學模量，可在兩者間建立力學模量中間過渡層，從而優(yōu)化了兩種材料的界面接觸，既能減少由組織和電極的不匹配張力而引起的炎癥反應，又可大大地減小異體反應和瘢痕組織的形成，減小了信號損失。

以聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺為代表的電活性導電聚合物已成為生物醫(yī)藥工程領域關注的焦點之一，改進導電聚合物的生物相容性和穩(wěn)定性，可用于細胞培養(yǎng)、組織工程支架、蛋白質(zhì)分離、DNA的吸附修復、神經(jīng)探針等［15］，聚吡咯適合做組織生長支架，可以用于刺激神經(jīng)細胞、骨細胞再生、血管移植以及體外肝臟的培植等醫(yī)療工程領域。

5 前景展望

導電聚合物的研究迄今為止已獲得了輝煌的成就，導電聚合物潛在的巨大應用價值成為材料化學領域熱點，必將成為功能材料家族中的重要成員，導電聚合物表面功能化的研究及應用，為制備出穩(wěn)定性高、生物相容性好、特異性強，同時制備簡便、成本低廉的生物醫(yī)學設施提供了廣闊的發(fā)展空間，將在生物工程和醫(yī)學領域發(fā)揮越來越重要的作用。

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