納米聚苯胺在藥物和生物傳感器上的應用

王廣珠，臧恒昌

(1.山東大學藥學院，山東 濟南250012;2.山東藥品食品職業學院，山東威海264210)

1 前言

聚苯胺是一種結構型導電聚合物，不需要加入其他導電性物質，依靠本身結構即具備導電性［1］.一百多年以前聚苯胺就已經被人們發現，稱為“苯胺黑”，但它在很長一段時間里僅被用作顏料.二十世紀八十年代以來，導電高聚物打破了聚合物僅為絕緣體的傳統觀念，并在化學電源、藥物、生物傳感器、生物化學等許多方面顯示出廣泛的應用前景［2］.在眾多的導電聚合物中，聚苯胺具有合成方法簡單，環境穩定性好、獨特的摻雜機制、優異的電化學性能等優點，是重要的導電高分子材料.摻雜態聚苯胺具有特有的導電性、電致變色等物理化學性能，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用化進程.

納米材料具有尺寸效應、量子效應、表面效應等特性，將納米技術引入導電聚苯胺領域，可以使其集導電性和納米顆粒功能于一體，極大地改善導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性能.因此納米聚苯胺的制備及應用已成為近年來研究的熱點.

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.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率、熱穩定性以及在非極性或弱極性有機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，其粒徑均達到納米級.可以通過控制表面活性劑聚集的微結構，從而控制聚苯胺粒子的形態.反相微乳液聚合不但可獲得納米級的聚苯胺粒子，而且有助于提高聚苯胺的結晶度，聚苯胺分子鏈更有序，結晶度更高.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，還有一個最大的特點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電的本征態時才具有一定的溶解性.乳液聚合對聚苯胺溶解性的改善得益于聚合過程中使用的乳化劑，這種乳化劑往往是大分子功能質子酸，它不僅具有乳化作用，而且對生成的聚苯胺分子進行有效摻雜，起到模板或立體穩定劑的作用.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相，從而使聚合反應在兩相界面進行，同時空間位阻誘導了產物的徑向排列.Kaner等［6，7］報道了用樟腦磺酸、鹽酸、硫酸、硝酸和高氯酸作摻雜劑，苯胺在水/油兩相界面上進行化學氧化聚合可得到高質量的納米聚苯胺.研究發現，納米聚苯胺的平均直徑與摻雜酸的種類有關，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納米聚苯胺的影響很小.

3 納米聚苯胺在藥物上的應用

納米聚苯胺因具有納米材料的優良特性，使其在藥物上應用成為可能.控制釋放技術是將藥物或其他生命活性物質和基材(通常是高分子材料)，以共價鍵或離子鍵方式結合，使藥物在一定時間內以一定速率通過自然擴散或由電位變化引起的擴散等方式釋放.這是一種新興的生物活性物質釋放方法［8，9］.利用修飾電極及電化學控制方式對藥物進行定量的負載與釋放，這是一項具有開拓性的科學研究.它引起國內外許多專家學者的關注［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(如癌細胞組織部位pH低于正常時的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，通過摻雜和去摻雜反應制成納米藥物，治療特定疾病.孫向英等［13］對鉑片電極修飾聚苯胺膜對藥物半胱氨酸的負載與釋放進行初步研究.結果表明，具有pH響應的聚苯胺膜能夠用于電化學控制的藥物負載與釋放，負載釋放前后聚苯胺膜pH響應特性不發生改變.

利用納米聚苯胺的優良特性，也可以將其與其他物質制成復合納米粒子，發揮協同作用.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，納米粒子經過葡萄糖的作用后，形態由規整的球形變成中間緊密外圍疏松的形態.同時通過光散射監測納米粒子在含糖介質中的粒徑變化發現:納米粒子的粒徑隨著葡萄糖濃度的增大而增大;在無糖和含糖的交替介質中，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中具有依糖釋放特性，在前2 h發生突釋，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.釋放的快慢也根據含糖聚合物的組成不同而改變.釋放結果顯示，納米粒子在含1～3 mg·mL－1的葡萄糖介質中具有較好的響應性，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電高分子中所形成的復合材料既具有導電高分子優良的導電性，同時又具有磁性納米粒子獨特的物理化學性能，并可在力學、光學、電學和磁學等方面賦予材料許多優異的特性而成為納米材料研究的熱點之一.納米技術在載體藥物中的另外一個引人關注的領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合可以注入生物體中，這種技術尚在試驗階段，已通過了動物試驗.藥物靜脈注射到動物體內，在外加磁場下通過納米微粒的磁性導航，使其移向病變部位，達到定向治療的目的.例如10～50 nm的Fe3O4磁粉表面包覆甲基丙烯酸，大小約200 nm，這種亞微米級的粒子攜帶蛋白、抗體和藥物，對一些普通藥物難以治療的病癥有很好的療效，而且由于其磁性導航的高度集中性，用量小，副作用少［15］.現在已經制成納米 Fe3O4/聚苯胺復合粒子［17］，其具有磁性又具有聚苯胺的一些功能特性，使其在藥物應用中能更好地發揮作用.

4 納米聚苯胺在生物傳感器上的應用

生物傳感器是化學傳感器的一個分支，經過20多年的研究和開發，已經發展成為一個獨立的門類.在生物傳感器中除敏感組件(分子識別組件)之外還有信號轉換器件，常用的信號轉換器有電化學電極、離子敏場效應晶體管、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［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、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應，表現出一系列獨特的力學、電學、光學、磁學以及催化性能.在電化學生物傳感器領域中應用納米聚苯胺材料具有以下作用:加快電子轉移速率，增加氧化還原物質在電極表面反應的可逆性;催化反應;固定生物分子;標記生物分子;反應控制開關;作為反應物［19］.納米聚苯胺已經在生物傳感器上有許多應用的例子.聚苯胺/聚異戊二烯復合膜可在葡萄糖傳感器中應用，聚苯胺/聚丙烯腈復合膜可賦予酚傳感器高穩定性，聚苯胺/聚丙烯腈復合膜可制成葡萄糖傳感器［20］.納米聚苯胺在DNA電化學生物傳感器上也得到很多應用［21］.隨著技術的發展，納米聚苯胺在生物傳感器上的應用會越來越多，并且在實踐中不斷得到發展.

總之，納米聚苯胺具有的許多優點使其在電池、防腐防污、抗靜電、電子屏蔽，藥物和傳感器等領域具有廣闊的應用前景.國內外很多科研工作者對聚苯胺的結構、特性、合成、改性等方面進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的聚苯胺;而且通過與各種炭材料和過渡金屬氧化物等進行復合可以得到性能更優越的材料.相信隨著研究的深入，其在廣泛領域的應用開發將蓬勃開展，取得更大進步.

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