生物功能纳米纤维的制备方法

本实验的总体目标是制备带有功能基团的纳米纤维。首先，通过离子聚合反应合成由两种甲氧基苯乙烯和环氧乙烷组成的嵌段共聚物，并利用质子核磁共振波谱对其进行表征。随后，将该功能聚合物与单壁纳米管溶液通过静电纺丝技术制备成复合纳米纤维。

然后测定纳米纤维在接触蛋白质IgE EU后其当前的电压行为。最终，将ANI与活性聚合结合并进行电纺丝，可制备出表面修饰有功能基团的纳米纤维，这些功能基团能够与特定蛋白质结合。在此制备生物功能纳米纤维的方法中，活性聚合技术可实现对分子量可控的生物功能聚合物的简便合成。此外，电纺丝技术可制备出带有功能基团的纳米纤维，这些功能基团可特异性地与蛋白质相互作用。

该方法可为医学诊断提供有价值的见解，也可应用于其他系统，例如通过将功能化纳米纤维整合到服装、汽车等中，实现对环境中任意目标单分子的监测。聚氰胺的制备需要极为严格的条件。本视频将帮助您掌握聚合物合成及其后续加工成纳米纤维所必需的操作步骤。以二苯甲酮为指示剂，在干燥氮气氛围下，使用金属钠对200毫升四氢呋喃进行脱水处理。

另将10毫升2-甲氧基苯乙烯在氢化钙中干燥24小时，用于聚合反应器。为进行此反应，准备一个由异丙醇和液氮组成的浆液，维持在-78摄氏度的低温浴中。

组装一个带有标准锥形外接口的100毫升单颈圆底烧瓶。反应过程中使用两个带旋塞的流量控制接头和一根聚四氟乙烯搅拌棒。通入超高纯度氮气，使体系保持惰性。

向聚合反应瓶中加入 25 µL THF。然后加入 2 mL 引发剂溶液。接着注入 4 mL 第一种单体，并让反应进行 40 分钟。

现在加入一毫升第二种单体，在室温下聚合两天，用6摩尔盐酸和甲醇终止聚合反应。然后将聚合物沉淀至正己烷中，经真空烘箱干燥后，使用核磁共振（NMR）对聚合物进行表征。将偶联试剂加入三口烧瓶中，并在真空线上干燥四小时。

然后在氮气保护下，向烧瓶中注入10毫升干燥的二氯甲烷。在室温下搅拌反应混合物12小时。

将反应混合物过滤，用正己烷和甲醇各洗涤两次以回收聚合物沉淀，将沉淀的聚合物在40摄氏度的真空烘箱中干燥。最后，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振氢谱（HNMR）测定聚合物的结构和官能团。将20%的官能化聚合物溶解于氯苯中。

现在配制两种聚苯乙烯的氯苯溶液。使用较高分子量的聚苯乙烯可改善聚合物的缠结行为，获得静电纺丝所需的最优黏度。将上述聚合物溶液按1:1和1:2的比例混合。

然后向混合物中加入1%单壁碳纳米管，搅拌过夜。使用Glassman高压电源、硅片、注射器或化学注射泵以及用于观察过程的灯具组装电纺丝装置。随着过程进行，用一支注射器吸取少量聚合物单壁碳纳米管溶液，并将该注射器安装到注射器支架上。

现在将带有高压的夹子连接到注射器针头上。启动高压电源以开始静电纺丝，并将电压表调节至10千伏。然后开始推动注射器的活塞。

根据复合材料中聚合物的性质，可能需要更高的电压，尤其是当需要制备直径小于一百纳米的纳米纤维时。取下硅片，并在干燥器中彻底干燥过夜。为了观察纳米纤维的整体形貌，首先使用光学显微镜获取图像。

然后利用扫描电子显微镜观察更精细的细节，例如形貌、直径和平均孔径。在原子力显微镜下进一步成像，可观察纳米纤维的三维表面形貌。将带有纳米纤维的一小片硅片放置在 Mat Tech 样品台上。

将盖玻片置于孔中。加入10微升荧光标记的抗体，孵育1小时，然后用P-B-S-B-S-A溶液洗涤三次：将溶液轻轻加到MatTek培养皿的壁上，用手轻轻旋转培养皿，再用移液器吸除缓冲液，以观察IgE的结合情况。通过共聚焦显微镜观察纤维。

用于测定纳米纤维初始电流-电压特性的典型探针台由ABOs和低倍显微镜、用于微位移器的真空卡盘台、用于电压测量的万用表以及用于向纤维输入低电流的源表组成。首先，将两个微位移器连接至极低电流源，并将微位移器的探针臂安装在纤维膜的相对两侧，使探针尖端接触纤维。然后，将另外两个微位移器连接至数字万用表。

将探针臂安装在另外两个之间，并将探针尖端放置在纤维垫上。确保四个探针尖端尽可能共线。输入不同大小的电流，通常在纳安培范围内。

现在，针对每一个输出电流的大小，测量外侧尖端之间的电压降。接着绘制电流-电压曲线，并确定由该纤维膜所表征的器件类型。在本方法中，DNP 的功能聚合物通过离子型活性聚合反应制备。

聚合中所用的 D 型功能引发剂通过电子转移反应制备。该过程中，先将一种甲氧基苯乙烯单体加入引发剂中，随后加入第二种单体环氧乙烷。最后，通过甲醇终止活性聚合物链的反应。

通过FTIR和NMR光谱确认了功能聚合物的结构。FTIR显示oh宽吸收峰完全消失，表明CDNP基团实现了定量功能化。NMR谱图中峰的积分结果表明，聚合物已实现定量功能化。

然后通过DCC偶联对聚合物进行功能化，以在该导电纳米纤维膜中引入功能性DNP基团，并通过荧光方法验证静电纺丝DNP聚合物对IgE抗体的特异性结合。通常可利用原子力显微镜下的纳米纤维图像测量纳米纤维的尺寸。扫描电镜（SEM）图像表明，这些纤维呈线性且带有珠状结构。

总体目标是制备出近乎线性的纤维。当抗原结合到纳米纤维上时，纳米纤维膜的电流-电压曲线表现出类似电阻器的欧姆行为。电阻的变化表明，这些功能化纤维有望作为单分子检测传感器中的活性组分。

使用四氢呋喃、二氯甲烷、氯苯和二甲基亚砜等溶剂可能具有极高危险性，因此务必采取适当的防护措施。该方法可在五天内完成，包括聚合物的合成与表征，以及非纤维材料的制备与表征。

在进行该实验操作时，重要的是要记住，丙烯酰胺聚合对产物中的杂质非常敏感。希望您喜欢本视频，并祝您的实验顺利成功。