基于光学信号的聚合物pH传感膜

发布时间：2017-03-19 23:06

  本文关键词：基于光学信号的聚合物pH传感膜，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：适应高通量筛选的微型生物反应器已经在国际上取得广泛关注,光学传感技术的引入为生物反应器的微型化奠定了基础。微型生物反应器的成功操作依赖于对培养液pH值的监测和控制,聚合物pH化学探针可以制成传感膜安装在微型反应器上,具有高通量筛选、非入侵性、容易集成等特征。甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和传感分子(NI)共聚合得到的聚合物具有良好的亲水性、生物相容性和成膜性,同时避免了小分子在聚合物中掺杂时的溶出。本文研究了聚合条件、制膜方式、膜的厚度、单体比例和金属离子对pH膜的传感性能影响,制备了具有灵敏度高、选择性高和稳定性好的pH传感膜。为了进一步提高膜的响应速率,将含有金刚烷的单体引入聚合物中,结果表明随着侧链金刚烷基团的含量增加,其共聚物传感膜的pH响应时间变长；而将强亲水性的聚乙二醇引入共聚合物中,发现共聚物膜的pH响应速率得到了提高。将此pH传感膜应用于酵母发酵液中进行测试,具有良好的pH值在线监测性能。设计三种偶氮苯类化合物Azo-H、Azo-CH3和Azo-COOH,单体随着溶剂的极性增强而最大吸收波长出现红移,且吸电子基团(-COOH)可以增大偶氮苯的最大吸收波长。其聚合物传感膜在pH=-0.5-1.5具有良好的线性响应,同时伴随着吸收波长的移动,在强碱性条件下聚合物传感膜因为酯基的水解而无法进行pH值的传感。
【关键词】：微型生物反应器 聚合物 pH传感膜 响应速率
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ317;TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 前言10-23
• 1.1 PH值检测的概述10-11
• 1.2 化学探针的简介11
• 1.3 荧光探针以及传感机理11-13
• 1.3.1 光致电子转移(PET)12
• 1.3.2 分子内电荷转移(ICT)12-13
• 1.3.3 激基缔合物/复合物(EXCIMER/EXCIPLEX)13
• 1.3.4 荧光共振能量转移(FRET)13
• 1.4 吸收型探针传感机理13
• 1.5 PH化学探针13-17
• 1.5.1 PH荧光型化学探针14-15
• 1.5.2 基于PET机理的PH化学探针15-16
• 1.5.3 PH吸收型化学探针16-17
• 1.6 聚合物PH探针17-19
• 1.7 聚合物PH探针在微型生物反应器中的应用19-21
• 1.8 研究目的和主要内容21-23
• 第2章 含萘酰亚胺基团的荧光聚合物PH传感膜的构建23-39
• 2.1 引言23-24
• 2.2 实验部分24-27
• 2.2.1 试剂与仪器24-25
• 2.2.2 甲基丙烯酰氯的合成25
• 2.2.3 化合物(I)的合成25-26
• 2.2.4 化合物(2)的合成26
• 2.2.5 NI的合成26-27
• 2.2.6 二元共聚物的合成27
• 2.2.7 传感膜的制备27
• 2.2.8 PH传感膜的紫外吸收和荧光测试27
• 2.3 结果与讨论27-38
• 2.3.1 目标化合物的表征28-29
• 2.3.2 聚合条件的选择和聚合物的分子量29
• 2.3.3 PH聚合物的传感机理29-30
• 2.3.4 膜的制备方法对其性能的影响30-31
• 2.3.5 传感膜的吸收31-32
• 2.3.6 膜的厚度对传感性能的影响32-33
• 2.3.7 聚合物浓度对传感膜的影响33-34
• 2.3.8 聚合单体比例的选择34
• 2.3.9 聚合物PH传感膜的响应范围34-36
• 2.3.10 聚合物pH传感膜的选择性36-37
• 2.3.11 聚合物PH传感膜的稳定性37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第3章 应用于生物发酵在线监测的PH传感膜39-52
• 3.1 引言39-40
• 3.2 实验部分40-43
• 3.2.1 试剂与仪器40
• 3.2.2 金刚烷甲基丙烯酰胺(AD-MA)的合成40
• 3.2.3 聚乙二醇单甲基丙烯酸酯(PEG-MA)的合成40-41
• 3.2.4 含金刚烷的三元共聚物(P-AD1,P-AD5,P-AD10)的合成41
• 3.2.5 含MMA的H元聚合物P(HEMA-MMA-NI)的合成41-42
• 3.2.6 含PEG的三元共聚物(P(PEG10),P(PEG15),P(PEG20))的合成42
• 3.2.7 聚合物膜的制备42
• 3.2.8 聚合物膜响应性能的测试42
• 3.2.9 接触角的测量42-43
• 3.3 结果与讨论43-51
• 3.3.1 PEG-MMA和AD-MA的制备与表征43-45
• 3.3.2 三元共聚物的合成45
• 3.3.3 不同厚度膜的响应速率45-46
• 3.3.4 生物发酵罐测试系统以二元聚合物传感膜的性能测试46-47
• 3.3.5 含金刚烷的三元共聚物的PH传感性能47-48
• 3.3.6 PH传感膜的接触角48-49
• 3.3.7 含MMA的三元共聚物膜的PH传感性能49-50
• 3.3.8 不同亲水性膜的三元共聚物的PH传感性能50
• 3.3.9 PH传感膜在酵母培养液中的测试50-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 基于偶氮苯类变色的PH传感膜52-64
• 4.1 引言52-53
• 4.2 实验部分53-57
• 4.2.1 试剂与仪器53-54
• 4.2.2 化合物(1)的合成54
• 4.2.3 化合物AZO-H的合成54-55
• 4.2.4 化合物(2)的合成55
• 4.2.5 化合物AZO-CH_3的合成55-56
• 4.2.6 化合物(3)的合成56
• 4.2.7 化合物AZO-COOH的合成56-57
• 4.2.8 聚合物P(HEMA-H)、P(HEMA-CH_3)和P(HEMA-COOH)的合成57
• 4.3 结果与讨论57-62
• 4.3.1 化合物AZO-H、Azo-CH_3和Azo-COOH的合成设计以及表征57-59
• 4.3.2 化合物AZO-H、Azo-CH_3和Azo-COOH在不同溶剂下的紫外吸收59-61
• 4.3.3 三个聚合物传感膜酸性溶液中的PH传感性能61-62
• 4.3.4 P(HEMA-COOH)在碱溶液的测试62
• 4.4 本章小结62-64
• 第5章 总结64-65
• 参考文献65-72
• 致谢72

【参考文献】

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