[发明专利]一种制备碳纳米管复合导电水凝胶涂层修饰电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医用材料及医疗器械相关领域，特别涉及采用电泳沉积法制备碳纳米管复合导电水凝胶涂层修饰电极的方法。

背景技术

生命过程的实质是电荷的传递，而这一过程的进行需要通过一定的界面来实现，化学电极可视为研究生物膜结构与功能、生物分子或生物分子间电荷传递行为的较为理想的平台。近年来内置生物传感器电极和神经修复电极的研究和应用引起了极大的关注，广泛应用于体内特异性生物分子的实时检测和临床监控、视觉神经和听觉神经恢复刺激等，而这些应用均涉及到电极的体内长期植入和电信号在组织与材料间传导。然而，利用普通的固体电极来研究生物分子的电荷传递特性将面临许多问题。多数生物分子在金属电极表面上会发生强烈吸附并伴随结构上的变形而导致生物活性的降低，而变形后的生物分子常在电极上发生不可逆的电化学反应；生物大分子的活性中心常被多肽链所包围，很难与电极间进行直接的电子交换。此外，电极表面结构的简单化也难以为生物分子提供特异的生存环境来控制生化反应的进行。基于上述种种原因，不能用简单的金属/溶液界面来研究生物界面复杂的电化学行为特征。 

基于碳纳米管的电化学生物传感器电极越来越备受研究者的关注。首先，碳纳米管本身有中空孔道，使其易于容纳客体分子，碳纳米管的管端相对于管壁活性较高，能促进物质的电子传递，碳纳米管本身具有生物电化学催化功能和增敏效应；其次，碳纳米管修饰电极可以降低化学物质氧化还原反应的过电位，改善生物分子氧化还原可逆性，其大的比表面积有利与酶的固定化，还能促进酶活性中心与电极表面的电子传递；再次，碳纳米管具有大的长径比和比表面积、较低的电阻和很高的化学稳定性，同时又可吸附适合其内径的分子。这些特性使得碳纳米管可以作为一种优良的电极修饰材料。通过特殊的方法将碳纳米管修饰在固体电极上，制备出碳纳米管修饰电极可拥有碳纳米管的大比表面积和催化活性，从而可对某些生物分子物质的电化学行为产生特有的催化效果。

当碳纳米管应用于人体植入性电化学传感器领域时，其生物学评价就越发显得重要，其中人们最为关心的便是在人体环境中，碳纳米管潜在的毒性，例如引发炎症反应或者因碳管脱落而形成肉芽肿瘤。为了避免这种危害的产生，我们引入水凝胶使其和碳纳米管复合形复合导电水凝胶涂层以避免碳纳米管的脱落。

水凝胶是一种新型功能高分子材料，能够在水中溶胀并保持大量水分而又不能溶解的交联聚合物，类似于生命组织材料。表面粘附蛋白质及细胞能力很弱，在与血液、体液及人体组织相接触时，表现出良好的生物相容性。水凝胶比其它任何合成生物材料都接近活体组织，它在性质上类似于细胞外基质部分，吸水后可减少对周围组织的摩擦和机械作用，显著改善材料的生物学性能。由于水凝胶独特的物理和化学性质，因此被广泛地运用在工业、农业、生物和材料领域。

根据水凝胶的性质，水凝胶薄膜修饰电极表面可改善原电极材料表面的性能，如产生活性中心、环境响应性能，提高电极的分析灵敏度、生物相容性等。因此，碳纳米管复合导电水凝胶涂层兼具了碳纳米管的电催化活性和水凝胶的良好生物相容性，使其在人体兼容性传感器电极领域有广阔的应用前景。

目前，电泳沉积技术越来越多的被应用于表面修饰涂层的制备上。表面带有电荷的胶粒，在电场下会受到库仑力作用，向带有相反电荷的电极运动，从而实现带电胶粒在电极表面上的沉积成膜。电泳沉积法制备碳纳米管复合导电水凝胶涂层效率高，易操作，能够获得大尺寸上的排布要求，得到微观均匀性良好的涂层。 

发明内容：

本发明的目的在于提出一种在金属电极表面制备碳纳米管复合导电水凝胶涂层的方法，该方法制备出的涂层具有优良的电化学催化活性、良好的生物相容性，克服了传统的金属电极/生物界面的相容性差、易引发炎症以及引起电极失效等缺点，可以用在生物电化学传感器电极表面来提高传感器的灵敏度。

本发明的技术方案如下：

一种制备碳纳米管复合导电水凝胶涂层修饰电极的方法，其特征在于，包括以下步骤： 

步骤一，制备碳纳米管分散液；

步骤二，制备碳纳米管复合高分子溶胶体：

称取1 g~5 g的可溶性高分子，加入100~500 g去离子水并配合磁力搅拌器搅拌，在50~100℃下使溶质高分子充分溶解，得到浓度为1%~5%的高分子溶胶；继续磁力搅拌，将碳纳米管分散液缓缓滴加到高分子溶胶体中，磁力搅拌30~50min后超声分散1~3小时，使得碳纳米管与均匀分散到高分子溶胶当中；

步骤三，金属电极的预处理：