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功能化导电高分子纳米网络从控制氧化聚合到细胞工程 Shyh-Chyang Luo, Bo Zhu, Aiko Nakao, Reiko Nakatomi and Hsiao-hua Yu 摘要： 导电聚合物纳米结构主要因为它们在电子和生物科学领域的潜在应用最近吸引了关注。[1]一些研究已表明通过导电聚合物纳米线组装的电子设备对比那些通过本体导电聚合物的在如灵敏度和效率上表现出优越的性能。[2]一般构造导电聚合物纳米结构最常用的方法是利用阳极氧化铝作为硬多孔模板进行导电聚合物的直接电聚合，[3]或应用表面活性剂作为软模板进行化学聚合。[4] 近来，多种无需使用模板的一维导电聚合物纳米结构的合成方法已经开发了出来。[1b]在所有导电聚合物中，聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）[5]由于其在含水环境下优越的稳定性和生物相容性使我们感兴趣。[6] 这些特性激起几个小组应用PEDOT于生物医学应用上。[1d,6,7] 目前，具有包括羟基，[8]羧酸[9]和叠氮基团[10]等各种官能团的用于生物缀合的目的EDOT单体也已经有了报道。因此，一般的合成方法来装配这些官能化PEDOT纳米结构于各种生物应用，如组织工程和生物电子学是十分重要的。 几项最近研究证明导电聚合物的二聚和低聚物类充当种可促进一维导电聚合物纳米结构的形成。[11]该方法提供了对于聚苯胺（PAni），聚吡咯（PPy）和聚噻吩（PT）纳米纤维无模板和大规模的合成。[11a]然而，（PEDOT）纳米结构至今尚未报道的研究很少为类似的方法，以1-D官能化的聚（3,4-亚乙二氧基）。不像吡咯、苯胺和噻吩，噻吩环的3,4位的亚乙二桥的位阻会阻止孤立的一维纳米纤维的形成。此外，官能团对纳米结构的形成的影响甚至更难预测。我们在此论证，经仔细调节聚合条件，通过在如方案1所示的化学聚合步骤中使用EDOT二聚体作为引发剂来创造官能化PEDOT纳米网络是可行。我们使用PC12细胞线来评估这些纳米网络的生物相容性并测试这些纳米网络相比平板官能化PEDOT薄膜的细胞生长。 方案.1.EDOT二聚体用于诱导PEDOT纳米网络的形成和官能化PEDOT。PEDOT纳米网络涂覆用于细胞接种的底物。 和以前一维PT纳米结构的合成工作不同，[11a]EDOT和官能化EDOT由于它们相比噻吩相对低的氧化电位在加入三氯化铁作为氧化剂后在诸如氯仿、氯苯、甲苯和乙腈的有机溶剂中化学聚合迅速。溶液在添加氯化铁后立即呈深蓝色，这表明官能化EDOTs的聚合。然后我们检查了这些溶液中加入EDOT二聚体的影响。不幸的是，EDOT二聚体的加入未促进PEDOT一维纳米结构在这些溶液中的形成。溶液和聚合物结构的图像示于辅助信息图S1和S2。多次尝试后，我们意识到化学聚合速率与反应进行的溶剂强烈相关。比如，单体在甲醇/乙腈的组合溶剂系统中聚合非常缓慢。单体溶液即使在初始加入氯化铁的24小时后未显示深蓝色。在仅加入EDOT二聚体后，溶液在几个小时内变为暗蓝色。该现象表明EDOT二聚体在这种反应条件下充当活性种引发的化学聚合。我们通过使用SEM检测了聚（EDOT）、聚（EDOT-OH）、聚（EDOTCOOH）和聚（EDOT-N3）的纳米结构如图1所示。不同于辅助信息图S2中所示的制备自有机溶剂的聚（EDOT），制备自 图.1.(a)聚EDOT、(b)聚（EDOT-OH）、(c)聚（EDOT-COOH）和(d)聚（EDOT-N3）纳米网络的SEM图像。 官能团的识别还通过了如图2的X射线光电子能谱（XPS）进行。相比聚EDOT的C1s峰，聚（EDOT-OH）和聚（EDOT-COOH）纳米网络的C1s峰由于官能团上C-O和C=O键的存在显示出更高的比率在285到288eV间的高结合能。聚（COOH）的C1s显示在288eV的强峰是因为如图2（c）中所示的主要来自于C=O双键的缺电子碳。在如图2（d）所示的聚（EDOT-N3）XPS光谱，观察到在400.4和403.9 eV的两个N1s峰。在400.4 eV的峰是由于富电子外氮的叠氮基团以及在403.9 eV的峰是由于缺电子内氮。这结果也表明聚（EDOT-N3）纳米网络上存在叠氮官能团。图3示出在细胞接种96小时后PC12细胞在聚合物平坦表面及纳米网络上细胞活力的图像。结果显示在平坦表面和纳米网络上PC12细胞都具有高细胞活力，表明细胞活力不受表面形貌的影响。此外，这三种官能团并未引起对细胞活力明显影响。所有平坦表面和纳米网络提供了生物相容性良好的细胞培养平台。如图4所示我们通过使用扫描电镜进一步评估了两种基片上的细胞形态和细胞附着。在聚（EDOT-OH）平膜和纳米网络PC12细胞表现出很好的附着以及长丝也很好地延长。从图3中所示的图像，比较平坦薄膜和纳米网络细胞增殖率和细胞形态看上去稍有