納米聚苯胺在藥物和生物傳感器上的應(yīng)用

王廣珠，臧恒昌

(1.山東大學(xué)藥學(xué)院，山東 濟(jì)南250012;2.山東藥品食品職業(yè)學(xué)院，山東威海264210)

1 前言

聚苯胺是一種結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電聚合物，不需要加入其他導(dǎo)電性物質(zhì)，依靠本身結(jié)構(gòu)即具備導(dǎo)電性［1］.一百多年以前聚苯胺就已經(jīng)被人們發(fā)現(xiàn)，稱為“苯胺黑”，但它在很長(zhǎng)一段時(shí)間里僅被用作顏料.二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，導(dǎo)電高聚物打破了聚合物僅為絕緣體的傳統(tǒng)觀念，并在化學(xué)電源、藥物、生物傳感器、生物化學(xué)等許多方面顯示出廣泛的應(yīng)用前景［2］.在眾多的導(dǎo)電聚合物中，聚苯胺具有合成方法簡(jiǎn)單，環(huán)境穩(wěn)定性好、獨(dú)特的摻雜機(jī)制、優(yōu)異的電化學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，是重要的導(dǎo)電高分子材料.摻雜態(tài)聚苯胺具有特有的導(dǎo)電性、電致變色等物理化學(xué)性能，使其在顯示器件、二次電極、氣體分離等方面具有廣闊的應(yīng)用前景.但是由于聚苯胺的難溶解、難熔融、不易加工等特性阻礙了它的實(shí)用化進(jìn)程.

納米材料具有尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面效應(yīng)等特性，將納米技術(shù)引入導(dǎo)電聚苯胺領(lǐng)域，可以使其集導(dǎo)電性和納米顆粒功能于一體，極大地改善導(dǎo)電聚苯胺的難加工性能［2，3］，賦予其特殊的物理性能和化學(xué)性能.因此納米聚苯胺的制備及應(yīng)用已成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn).

2 納米聚苯胺的制備

目前納米聚苯胺的制備方法有很多種，并且在不斷地改進(jìn).如采用正相乳液聚合，反相乳液聚合，正相微乳液聚合，反相微乳液聚合等方法制備納米聚苯胺［4］.與溶液法相比，反相乳液法合成的聚苯胺在電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性以及在非極性或弱極性有機(jī)溶劑中的溶解性方面均有較大的提高.采用反相微乳液法合成的聚苯胺粒子，其粒徑均達(dá)到納米級(jí).可以通過(guò)控制表面活性劑聚集的微結(jié)構(gòu)，從而控制聚苯胺粒子的形態(tài).反相微乳液聚合不但可獲得納米級(jí)的聚苯胺粒子，而且有助于提高聚苯胺的結(jié)晶度，聚苯胺分子鏈更有序，結(jié)晶度更高.與溶液聚合相比，乳液聚合除了能獲得較高分子量的聚苯胺之外，還有一個(gè)最大的特點(diǎn)是所得聚苯胺是可溶性的，而溶液聚合所得聚苯胺只有處于非導(dǎo)電的本征態(tài)時(shí)才具有一定的溶解性.乳液聚合對(duì)聚苯胺溶解性的改善得益于聚合過(guò)程中使用的乳化劑，這種乳化劑往往是大分子功能質(zhì)子酸，它不僅具有乳化作用，而且對(duì)生成的聚苯胺分子進(jìn)行有效摻雜，起到模板或立體穩(wěn)定劑的作用.Chen等［5］人采用界面聚合法制備出徑向排列的納米聚苯胺纖維.通過(guò)提高所用摻雜劑水楊酸與苯胺的比例，可以得到橢圓形的有機(jī)相，從而使聚合反應(yīng)在兩相界面進(jìn)行，同時(shí)空間位阻誘導(dǎo)了產(chǎn)物的徑向排列.Kaner等［6，7］報(bào)道了用樟腦磺酸、鹽酸、硫酸、硝酸和高氯酸作摻雜劑，苯胺在水/油兩相界面上進(jìn)行化學(xué)氧化聚合可得到高質(zhì)量的納米聚苯胺.研究發(fā)現(xiàn)，納米聚苯胺的平均直徑與摻雜酸的種類有關(guān)，摻雜劑的濃度越低，生成納米聚苯胺的比例越低，而聚合溫度和單體濃度對(duì)納米聚苯胺的影響很小.

3 納米聚苯胺在藥物上的應(yīng)用

納米聚苯胺因具有納米材料的優(yōu)良特性，使其在藥物上應(yīng)用成為可能.控制釋放技術(shù)是將藥物或其他生命活性物質(zhì)和基材(通常是高分子材料)，以共價(jià)鍵或離子鍵方式結(jié)合，使藥物在一定時(shí)間內(nèi)以一定速率通過(guò)自然擴(kuò)散或由電位變化引起的擴(kuò)散等方式釋放.這是一種新興的生物活性物質(zhì)釋放方法［8，9］.利用修飾電極及電化學(xué)控制方式對(duì)藥物進(jìn)行定量的負(fù)載與釋放，這是一項(xiàng)具有開拓性的科學(xué)研究.它引起國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者的關(guān)注［10，11］，其中具有pH及電活雙重敏感的藥物釋放研究更具新穎性.研究表明，病灶部位組織的pH和正常組織pH不一樣(如癌細(xì)胞組織部位pH低于正常時(shí)的pH值)［12］.這樣，就可以制得符合要求的pH敏感藥物，向特定部位送藥.因聚苯胺具有PH敏感性，因此可以將聚苯胺作為藥物的載體材料，通過(guò)摻雜和去摻雜反應(yīng)制成納米藥物，治療特定疾病.孫向英等［13］對(duì)鉑片電極修飾聚苯胺膜對(duì)藥物半胱氨酸的負(fù)載與釋放進(jìn)行初步研究.結(jié)果表明，具有pH響應(yīng)的聚苯胺膜能夠用于電化學(xué)控制的藥物負(fù)載與釋放，負(fù)載釋放前后聚苯胺膜pH響應(yīng)特性不發(fā)生改變.

利用納米聚苯胺的優(yōu)良特性，也可以將其與其他物質(zhì)制成復(fù)合納米粒子，發(fā)揮協(xié)同作用.聚苯胺/二氧化硅制成的納米粒子具有糖敏感性［14］.透射電鏡顯示，納米粒子經(jīng)過(guò)葡萄糖的作用后，形態(tài)由規(guī)整的球形變成中間緊密外圍疏松的形態(tài).同時(shí)通過(guò)光散射監(jiān)測(cè)納米粒子在含糖介質(zhì)中的粒徑變化發(fā)現(xiàn):納米粒子的粒徑隨著葡萄糖濃度的增大而增大;在無(wú)糖和含糖的交替介質(zhì)中，納米粒子的粒徑可逆的膨脹和變化，糖敏感性具有可逆性.載藥納米粒子具有體外釋放行為:載藥納米粒子在含糖介質(zhì)中具有依糖釋放特性，在前2 h發(fā)生突釋，胰島素突釋量以及最后的釋放總量隨著葡萄糖的濃度增加而增大.釋放的快慢也根據(jù)含糖聚合物的組成不同而改變.釋放結(jié)果顯示，納米粒子在含1～3 mg·mL－1的葡萄糖介質(zhì)中具有較好的響應(yīng)性，接近糖尿病患者的異常血糖水平.

將磁性納米粒子摻雜到導(dǎo)電高分子中所形成的復(fù)合材料既具有導(dǎo)電高分子優(yōu)良的導(dǎo)電性，同時(shí)又具有磁性納米粒子獨(dú)特的物理化學(xué)性能，并可在力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)等方面賦予材料許多優(yōu)異的特性而成為納米材料研究的熱點(diǎn)之一.納米技術(shù)在載體藥物中的另外一個(gè)引人關(guān)注的領(lǐng)域就是磁性納米粒子靶向藥物［15，16］.磁性納米粒子表面涂覆高分子，在外部再與蛋白相結(jié)合可以注入生物體中，這種技術(shù)尚在試驗(yàn)階段，已通過(guò)了動(dòng)物試驗(yàn).藥物靜脈注射到動(dòng)物體內(nèi)，在外加磁場(chǎng)下通過(guò)納米微粒的磁性導(dǎo)航，使其移向病變部位，達(dá)到定向治療的目的.例如10～50 nm的Fe3O4磁粉表面包覆甲基丙烯酸，大小約200 nm，這種亞微米級(jí)的粒子攜帶蛋白、抗體和藥物，對(duì)一些普通藥物難以治療的病癥有很好的療效，而且由于其磁性導(dǎo)航的高度集中性，用量小，副作用少［15］.現(xiàn)在已經(jīng)制成納米 Fe3O4/聚苯胺復(fù)合粒子［17］，其具有磁性又具有聚苯胺的一些功能特性，使其在藥物應(yīng)用中能更好地發(fā)揮作用.

4 納米聚苯胺在生物傳感器上的應(yīng)用

生物傳感器是化學(xué)傳感器的一個(gè)分支，經(jīng)過(guò)20多年的研究和開發(fā)，已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)立的門類.在生物傳感器中除敏感組件(分子識(shí)別組件)之外還有信號(hào)轉(zhuǎn)換器件，常用的信號(hào)轉(zhuǎn)換器有電化學(xué)電極、離子敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管、熱敏電阻及微光管等.生物傳感器的選擇性好壞完全取決于它的敏感組件，而生物傳感器的其他性能則和它的整體組成有關(guān)［18］.

納米聚苯胺由于其特殊的尺寸分布，納米材料具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，表現(xiàn)出一系列獨(dú)特的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)以及催化性能.在電化學(xué)生物傳感器領(lǐng)域中應(yīng)用納米聚苯胺材料具有以下作用:加快電子轉(zhuǎn)移速率，增加氧化還原物質(zhì)在電極表面反應(yīng)的可逆性;催化反應(yīng);固定生物分子;標(biāo)記生物分子;反應(yīng)控制開關(guān);作為反應(yīng)物［19］.納米聚苯胺已經(jīng)在生物傳感器上有許多應(yīng)用的例子.聚苯胺/聚異戊二烯復(fù)合膜可在葡萄糖傳感器中應(yīng)用，聚苯胺/聚丙烯腈復(fù)合膜可賦予酚傳感器高穩(wěn)定性，聚苯胺/聚丙烯腈復(fù)合膜可制成葡萄糖傳感器［20］.納米聚苯胺在DNA電化學(xué)生物傳感器上也得到很多應(yīng)用［21］.隨著技術(shù)的發(fā)展，納米聚苯胺在生物傳感器上的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多，并且在實(shí)踐中不斷得到發(fā)展.

總之，納米聚苯胺具有的許多優(yōu)點(diǎn)使其在電池、防腐防污、抗靜電、電子屏蔽，藥物和傳感器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景.國(guó)內(nèi)外很多科研工作者對(duì)聚苯胺的結(jié)構(gòu)、特性、合成、改性等方面進(jìn)行了大量深入的研究.目前人們不僅可以合成出中空微球、納米纖維、納米空心管和片層等各種納米形態(tài)的聚苯胺;而且通過(guò)與各種炭材料和過(guò)渡金屬氧化物等進(jìn)行復(fù)合可以得到性能更優(yōu)越的材料.相信隨著研究的深入，其在廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)將蓬勃開展，取得更大進(jìn)步.

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