静电纺丝传感界面

传感界面的构建是传感技术研究的核心部分，是决定传感器响应速度、灵敏度、选择性、可重复性和稳定性等主要性能的关键。静电纺丝膜不仅具有三维立体结构、比表面积大、孔隙率高和直径可调等优势，而且还可以通过调控纺丝的精细结构、表面改性和修饰等方法实现其功能化，在生物医用材料、药物传送、光电器件以及传感器界面材料等方面有着广泛的应用前景。特别是作为传感界面材料，微纳米尺度的静电纺丝具有用样少、灵敏度高、可反复多次使用等优点倍受关注。 

静电纺丝传感界面是化学传感技术与静电纺丝微纳米纤维材料交叉渗透而形成的一个新研究领域。《静电纺丝传感界面》是在综合国内外相关文献的基础上，结合作者的研究工作撰写而成。全书围绕静电纺丝传感界面的构建及应用进行了详细介绍，内容涉及静电纺丝技术的基本原理、化学传感界面的制备、表面功能化修饰技术，电化学、光化学等多种信号放大策略，以及在化学传感领域的应用研究。《静电纺丝传感界面》可供从事化学传感技术、纳米材料研究的科研人员阅读参考，也可作为高等学校和科研院所分析科学、环境化学、食品安全、检验检疫、生命科学等专业的大学本科高年级学生和研究生的教学参考书，还可供相关科技人员和管理人员参考。

第1章静电纺丝传感界面材料1

1.1化学传感技术与传感界面纳米材料1

1.1.1化学传感技术1

1.1.2传感界面纳米材料4

1.2(准)一维纳米传感界面材料6

1.2.1纳米纤维6

1.2.2静电纺丝6

1.3静电纺丝在传感技术领域的应用8

1.3.1静电纺丝传感界面用于检测小分子化合物9

1.3.2静电纺丝传感界面用于检测生物分子17

1.3.3静电纺丝传感界面在其他方面的应用19

参考文献22

第2章静电纺丝技术28

2.1静电纺丝的基本原理29

2.2静电纺丝的影响因素30

2.2.1聚合物溶液性质30

2.2.2过程参数36

2.2.3环境参数39

2.3静电纺丝的种类40

2.3.1有机静电纺丝40

2.3.2无机/有机静电纺丝42

2.3.3无机纳米纺丝45

2.4静电纺丝的结构46

2.4.1单根静电纺丝结构46

2.4.2集合体静电纺丝结构48

参考文献50

第3章静电纺丝传感界面的表征54

3.1形貌观察54

3.1.1扫描电子显微镜54

3.1.2透射电子显微镜57

3.1.3原子力显微镜59

3.1.4荧光显微镜60

3.2结构测定62

3.2.1BET氮吸附法测量比表面积及孔径分布62

3.2.2X射线衍射分析63

3.2.3拉曼光谱65

3.3化学组成分析67

3.3.1红外吸收光谱67

3.3.2 X射线光电子能谱68

3.3.3能量色散X射线光谱71

3.4其他表征技术72

3.4.1热学测试技术72

3.4.2电学测试技术74

3.4.3力学测试技术74

3.4.4磁学测试技术75

参考文献76

第4章功能化静电纺丝79

4.1层层自组装修饰技术79

4.2等离子体修饰技术81

4.3表面化学修饰技术84

4.3.1表面化学固化技术84

4.3.2湿化学表面处理技术85

4.4原位聚合修饰技术86

4.5表面接枝修饰技术88

4.6溶胶-凝胶修饰技术91

4.7化学气相沉积修饰技术93

4.8液相沉积修饰技术94

4.9点击化学修饰技术95

4.10其他修饰技术96

4.10.1溅射镀膜修饰技术96

4.10.2偶联剂修饰技术97

参考文献99

第5章静电纺丝荧光传感界面103

5.1荧光分析基本原理103

5.2静电纺丝荧光传感界面104

5.2.1静电纺丝荧光传感界面的研究进展104

5.2.2静电纺丝荧光传感界面制备方法111

5.3静电纺丝荧光传感界面的构建和实例116

5.3.1葡萄糖静电纺丝荧光传感界面116

5.3.2氧静电纺丝荧光传感界面121

5.3.3结论126

参考文献126

第6章静电纺丝电化学传感界面129

6.1电化学传感界面的基本原理129

6.2静电纺丝电化学传感界面131

6.2.1静电纺丝电化学传感界面的研究进展131

6.2.2静电纺丝电化学传感界面的构建133

6.3静电纺丝电化学传感界面的应用142

6.3.1基于聚苯胺微管的电化学传感界面142

6.3.2基于酶功能化聚苯胺微管的电化学传感界面147

6.3.3结论153

参考文献154

第7章静电纺丝电致化学发光传感界面157

7.1电致化学发光原理157

7.2静电纺丝电致化学发光传感界面的构建159

7.2.1Ru(bpy)2 3体系的静电纺丝传感界面研究进展160

7.2.2纳米粒子静电纺丝传感界面的研究162

7.3静电纺丝电致化学发光传感界面的应用162

7.3.1Ru(bpy)2 3/Nafion静电纺丝电致化学发光传感界面163

7.3.2Ru(bpy)2 3/c-MWCNTs/IL/PAN复合静电纺丝电致化学发光传感界面166

7.3.3聚苯乙烯纺丝上纳米粒子自组装及其电致化学发光传感界面175

7.3.4结论182

参考文献182

第8章静电纺丝比色传感界面185

8.1比色传感器的原理185

8.2静电纺丝比色传感界面186

8.2.1静电纺丝比色传感界面的研究进展186

8.2.2有机化合物显色体系186

8.2.3过氧化物酶及其模拟酶显色体系190

8.2.4表面等离子体共振显色体系195

8.3静电纺丝比色传感界面构建和应用实例197

8.3.1HIV DNA标志物静电纺丝比色传感界面的构建机制198

8.3.2HIV DNA标志物静电纺丝比色传感界面的影响因素201

8.3.3HIV DNA标志物静电纺丝比色传感界面的检测性能205

8.3.4结论207

参考文献208

第9章展望211

 

如何在复杂体系中获取准确的化学信息，一直是一项富有挑战性的研究课题。传感界面的构建是传感技术研究的核心部分，是决定传感器响应速度、灵敏度、选择性、可重复性和稳定性等主要性能的关键。21世纪以来，纳米材料作为材料科学的新兴领域，已成为众多学科交叉研究的热点之一，科研工作者也把具有高比表面积的纳米材料引入传感界面材料的设计当中，以期提高传感器的性能。静电纺丝膜不仅具有三维立体结构、比表面积大、孔隙率高和直径可调等优势，而且还可以通过调控纺丝的精细结构、表面改性和修饰等方法实现其功能化，在生物医用材料、药物传送、光电器件以及传感器界面材料等方面有着广泛的应用前景。特别是作为传感界面材料，微纳米尺度的静电纺丝具有用样少、灵敏度高、可反复多次使用等优点备受关注。近年来，我们研究小组致力于静电纺丝传感界面的基础研究，围绕纺丝表界面功能化、识别分子固载化，以及电荷迁移、光电催化性能等方面，研究并构建了多种高灵敏生物传感器。研究结果表明，通过调控纺丝精细结构，发展表界面功能化修饰技术，改善功能化静电纺丝与生物大分子、小分子间的相互作用等几个方面的基础研究，可以有效提高静电纺丝的光、电响应效率和速率，实现选择性的增强和检测信号的有效放大，构建超灵敏、快速检测的传感器，研究成果在光电器件、疾病诊断、新药研发等领域有着重要的理论价值及广泛的应用前景。静电纺丝因其独特的优势成为了潜力的传感技术，但目前尚未有一本专著全面系统地介绍静电纺丝作为传感界面的研究进展，应化学工业出版社邀请，我们撰写了《静电纺丝传感界面》一书。本书内容共分为三个板块。板块为基础部分，即第1章，包括传感界面材料概述、静电纺丝传感界面材料的原理及的应用。第二板块为技术部分，从本书第2～4章，包括静电纺丝技术、静电纺丝传感界面的表征和功能化静电纺丝。第三板块为传感界面的构建及应用部分，包括第5～9章，以检测信号为主线，细分为静电纺丝荧光传感界面、静电纺丝电化学传感界面、静电纺丝电致化学发光传感界面和静电纺丝比色传感界面。本书的主要特点是把具有高比表面积的微纳米尺度静电纺丝引入传感界面材料的设计和应用当中，围绕静电纺丝传感界面，按照静电纺丝制备、表界面功能化、化学与生物传感应用为主线，介绍了笔者研究小组近几年在发展光化学、电化学、电致化学发光以及可视化等信号放大策略的研究进展和应用成果。沿着静电纺丝传感界面的研制—信号放大策略—高选择性灵敏检测的实现及其应用这—主线，其特点如下：（1）突出一个“新”字。本书在系统综述近五年来国内外有关静电纺丝传感界面文献资料的基础上，结合笔者课题组的近期研究工作积累编写而成。以丰富的内容、简洁的语言和精美的插图阐述、反映该领域的研究成果和现状。（2）本书编写时力图体现经典性、系统性和概括性，形象讲述其基本概念的产生和发展过程。辅以主要文献及出处，让读者在阅读本书的同时能进一步查阅，引导读者思考。（3）在文字叙述上，力求严谨、自然和通俗，从浅显的例子或实践入手，深入浅出地介绍抽象的概念、原理，尽力做到图文并茂。本书得到了国家自然科学基金（NSFC21475091）、四川省科技厅支撑计划（2015GZ0301）、四川大学优秀青年基金和四川大学研究生培养基金的资助。四川大学郭勇教授和周翠松副教授共同完成了本书第1章的撰写。第2～9章由周翠松撰写。感谢中科院化学研究所方晓红教授、湖南大学张晓兵教授、中科院长春应用化学研究所牛利教授、西北师范大学卢小泉教授、四川大学肖丹教授、吕弋教授、侯贤灯教授以及丁小东副研究员在本书撰写过程中的积极讨论和宝贵建议。感谢牛菁菁、黄玉琴、李晓玲和尹翠云四位研究生为本书的资料收集与整理所做的大量工作。本书还参考了国内外同行的教材、专著和论文等文献资料。作者在此一并表示诚挚的谢意。由于笔者学识水平和经验有限，不足之处在所难免，敬请各位专家和读者批评指正。周翠松2016年12月31日