聚噻吩及其衍生物在生物医学领域的应用_王炜

聚噻吩及其衍生物在生物医学领域的应用
王　炜1,2,李大峰2,杨　林1,王瑾晔2,3＊
(1.河南师范大学化学与环境学院,新乡　453002;2.中国科学院上海有机化学研究所,上海　200032
3.上海交通大学生命科学与技术学院,上海　200240)
摘要:做为导电聚合物(CPs)中的重要一类,聚噻吩及其衍生物在电学和光学上显示出了同金属和无机半导体相似的性质。

同时也显示出了不同于一般聚合物的特殊性质,如合成和处理容易等。

本综述概述了近二十年来聚噻吩及其衍生物的研究进展,包括聚噻吩及其衍生物的合成、性质,以及其在生物医学领域,包括在神经探针和生物传感器中的应用。

其中,对聚噻吩在神经探针方面的应用做了重点阐述。

本文还对今后聚噻吩及其衍生物在生物医学领域的研究提出了一些具有挑战性的问题。

关键词:聚噻吩;聚噻吩衍生物;合成;神经探针;生物传感器
引言
导电聚合物(CPs)在20世纪70年代后期作为一种新的有机材料被合成出来[1],它在电学和光学上显示出同金属和无机半导体有相似性质的同时,CPs还显示了不同于一般聚合物的特殊、优越的性质,如合成和处理容易等。

迄今为止,人们对CPs在电导体、非线性光学器件、热色现象、光阻、电磁屏蔽材料、人造肌肉组织、光电池、微波吸收材料、光质调节器、影像材料、纳米光电设备等方面的应用已进行了广泛的研究。

聚苯胺(PANi)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)、聚对苯(PPP)、聚苯基乙炔(PPV)等有机导电高分子及其衍生物都是目前研究的对象,并在许多领域代替了无机材料。

其中,聚噻吩及其衍生物由于其高的电传导性[2,3],掺杂及去掺杂时的环境稳定性等而备受关注[4],尤其是这一类导电聚合物材料有如下优点:很好的生物相容性和转移电荷的能力,可操纵释放生物分子的能力等一系列性质,使得其在生物医学工程中有很大的潜在应用价值,如用于生物传感器的材料;通过电刺激调节细胞(如神经细胞,纤维原细胞,心肌细胞等)的黏附、迁移、DNA的合成等;以及神经探针、药物传输等领域的研究与应用。

Nathalie等已经对导电聚合物在生物医学工程领域的应用做了较完整的综述[5],是一篇了解CPs的性质和在生命科学领域应用的很好的文章。

基于其对聚噻吩及其衍生物的针对性不强,本文主要就聚噻吩及其衍生物在神经探针和生物传感器以及组织工程方面的研究做详细的介绍。

1　聚噻吩的概述
聚噻吩及其衍生物具有很高的化学和电化学稳定性,其掺杂水平较高,而且掺杂和去掺杂过程可逆,所以在导电聚合物中占有重要地位。

1980年,Yamamoto等用金属Mg与2,5-二溴代噻吩在催化剂Ni (bipy)Cl2[nickel(bipyrine)dichloride]的作用下第一次用化学方法合成了聚噻吩[6],但是其化学合成过程比较复杂。

1981年第一次报道了聚噻吩的电化学合成后[7],聚噻吩及其衍生物的合成变得更为方便直接,其应用领域也在不断的扩展。

至今,聚噻吩类高聚物已经在现代光电子、微电子、医学、传感器、稀有金属浓缩、抗静电剂、场效应晶体管、高性能新型有机芯片、分子导线、分子开关等领域中展现了诱人的应用前景。

基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划,2005CB724306);
作者简介:王炜(1982-),女,硕士生,研究方向为生物医用材料;
＊通讯联系人:E-mail:jinyewang@.
1.1　聚噻吩及其衍生物的合成
聚噻吩类聚合物的合成最常用的有两种方法:化学合成法和电化学合成法。

化学合成最常用的为FeCl3合成法。

用化学合成可进行大规模生产,但合成过程较为复杂,且不能制成薄膜。

电化学合成是在三电极结构的电解池里聚合的,合成过程简单方便,目前在生物领域的应用大部分都是用电化学方法合成。

聚噻吩自身不溶不融,导致聚合物加工困难,无法对其性能进行深入研究,目前在生物医学领域研究较多的聚噻吩类聚合物有各种3位取代的聚噻吩衍生物,如聚3-甲基噻吩(P MTh),聚3-十二烷基噻吩(PDDTh),以及后面应用中提到的各种衍生物;聚(3,4-乙烯基二氧)噻吩,即PEDOT,以及PEDOT与其它掺杂剂的共聚物等,如图1所示。

图1　聚噻吩及各种衍生物
Figure1　PTh and its derivatives
关于噻吩类聚合物的化学合成及其性质的研究,国外报道的有很多,包括聚合物的合成方法[8～20]、结构[21～23]、性质[24,25]、以及与其它物质形成共聚物的研究[26～28]等。

国内报道的综述也有很多,也很系统。

例如胡王月等概述了无取代聚噻吩的合成、聚噻吩各种衍生物的合成等[29]。

亢孟强等则详细报道了各种烷基取代的聚噻吩的合成[30]。

聚噻吩类聚合物掺杂后电导率较高,在10-1～103S cm。

王东周等简单介绍了聚噻吩类聚合物掺杂后的导电性能[31]。

不仅用化学和电化学法可以合成聚噻吩膜,人们还相继报道了其它合成聚噻吩及其衍生物膜的方法,如氧化聚合法[32,33]、旋涂法(spin-casting)[34]、化学气相沉积(C VD)法[35,36]、基质辅助脉冲激光蒸发法[37]、等离子体聚合法[38]等。

大部分情况下,合成的难重复性,低的导电性或者需求的复杂性,以及对特殊仪器的要求限制了这些方法的应用。

近年来人们更关注于用浸渍聚合原位沉积的方法来制备导电薄膜。

这种简单快速且直接的沉积方法不需要特殊的仪器,可低成本的在不同基质(如聚酯(PE T)、玻璃、硅、聚四氟乙烯等)上制备平滑连续的导电聚噻吩膜,并且随着沉积时间的延长膜的厚度也随之增加[39～41]。

本课题组用原位沉积的方法不仅制备出了不同酸掺杂的聚苯胺涂层[42,43],也制备出了聚噻吩膜及含不同烷基侧链的聚噻吩衍生物涂层膜,并对其形貌、导电性以及在改善蛋白吸附和细胞的黏附、增殖等方面做了研究报道[44]。

金绪刚等对本征导电聚合物涂层的形成,结构和性能作了扼要的分析[45],并介绍了界面的偶联作用,电荷转移等几种原理,对研究如何应用导电聚合物涂层有一定意义。

1.2　聚噻吩及其衍生物的导电性及掺杂
聚噻吩是一个大的共轭体系,由共轭引起的离域作用使得聚噻吩的导电性成为可能。

但是由于电子的库仑作用和空穴无序性,这种离域是有限的,所以,聚噻吩及其衍生物在掺杂前基本上是不导电的。

当对聚噻吩掺杂后,聚合物中引入了电荷载体,电荷沿着链和链间迁移,这种电荷的定向运动产生了电传导,聚合物便由绝缘体变为半导体甚至导体。

聚噻吩的掺杂率很大,可以高达50%,而通常的导电高分子掺杂率超过6%便有较高的电导率。

按照掺杂后导电聚合物中电子数目的增减,可将其分为氧化掺杂(p型掺杂)和还原掺杂(n型掺杂)。

聚噻吩及其衍生物的掺杂一般为p型掺杂。

掺杂前后的聚噻吩的结构简式如图2所示。

图2　聚噻吩的掺杂(p型氧化掺杂)
Figure2　The doping of PTh
目前导电聚合物包括聚噻吩类膜的导电率测定使用一种四探针技术,FeCl3法是制备聚噻吩及其衍生物最常用的方法,因为这种方法对很多种噻吩类化合物的聚合都适用。

其中,Fe3+不仅是氧化剂,同时也是掺杂剂。

另外,还有大分子的透明质酸(HA)、聚(苯乙烯磺酸酯)(PSS)、聚苯乙烯磺酸盐等。

这些掺杂剂的化学性质不仅影响电活性,还影响表面和体积结构特征。

大分子掺杂剂,如HA,还可以改变聚合体的密度和更大的影响聚合物的表面形态等。

由于聚噻吩掺杂是一个氧化还原过程,其实质是电荷转移,所以存在去掺杂过程。

掺杂和去掺杂过程是可逆的。

同时还伴随着电导率,颜色以及物理化学性质的变化。

Zotti等报道了p型掺杂的聚噻吩的掺杂性以及随着掺杂电荷的增加导电性的变化[46](聚合物结构如图3所示)。

聚噻吩的最大自旋浓度为每个噻吩环0.004～0.02未成对电子,即每50～250个环有一个电子,这暗示了聚噻吩环的自由极化子的浓度是很低的。

在聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)类型的聚噻吩衍生物中,最大自旋浓度电荷是0.06个电子环。

对于烷基取代的聚噻吩,最大自旋浓度掺杂电荷为0.04(poly3),0.10(poly2),0.15(poly1),这种从聚合物3到1逐级增加的趋势与其光学和电化学共轭程度的大小有关。

聚(2)在0.15个电子环以下时是不导电的,最大导电率为90S cm。

聚(3)在0.1电子环以下时是不导电的,最大的导电率为80S c m。

聚(1)在0.05电子环以上时导电,最大导电率为1S c m。

而对于聚(4)和聚(5),如PE DOT,最大的导电率可达300～800S cm,是一系列聚合物中导电率最高的。

图3　聚噻吩衍生物的结构[46]
Figure3　The structure of PTh derivatives[46]
聚噻吩的导电性能是由掺杂程度决定的。

熊平在其硕士论文中以PEDOT的合成为例,详细讨论了聚合温度、聚合改良剂、烘干温度、溶剂含量,即反应物的浓度、单体与氧化剂的不同配比及膜厚对导电率的影响[47]。

结果表明:低温、加入改良剂、增大溶剂、减小单体与氧化剂比值、增大膜厚都会增加导电率;而烘干温度对其电导率影响不大,降低烘干温度有利于提高膜的成膜质量。

聚噻吩及其衍生物的性质及应用与其结构密切相关。

如上提到的几种化合物,其结构不同掺杂程度便不同,导电率也随之增加或减少,同时也与其pH值密切相关。

Yamamoto等报道了3位有CH2CH2CH2SO3M取代的聚噻吩衍生物[P3(RSO3M)Th,见图4]以及掺杂了聚苯乙烯磺酸盐(PEDOTh-
图4　P3(RSO 3M )Th [48]
Figure 4　P3(RSO 3M )Th [48]PStSO 3M )的聚噻吩衍生物的性质,并讨论了PEDOT 在不同pH 条件下的
稳定性[48]。

UV 结果显示:中性P3(RSO 3M )Th 在400～420nm 处有吸收,
而p 型掺杂的P3(RSO 3M )Th 在800～900nm 处有吸收。

他们还发现以盐
形式存在的P3(R SO 3M )Th 在中性条件下稳定,而以酸形式存在的P3
(RSO 3M )Th 会被空气氧化成p 型掺杂状态,其氧化状态在pH 为1时稳
定,当pH 值高于4时,聚合物去掺杂;作为对照,PEDOTh -PStSO 3M 的p -掺
杂状态在1～7的pH 范围内稳定。

2　聚噻吩及其衍生物在生物医学领域的应用
2.1　聚噻吩及其衍生物在神经探针方面的应用
神经假体电极[49]可用来支持修复损坏的神经(如图5所示),电极材
料是由各种导电材料做成的,常用的有金电极、铂电极、玻碳电极和氧化铱电极等。

目前这些材料都被认为是对人体安全的,平滑的表面有利于与组织一体化。

生物电极是一种重要的医疗器械,用于生物电的记录或者神经刺激。

目前主要用在人工耳蜗的植入和仿生眼的植入方面。

在电极表面进行导电聚合物涂层处理的目的是通过提供一种具有高表面积的材料来增加导电性,并提高电极-组织的有机结合能力。

通过减少阻抗与提高记录和刺激方面的选择性可以增大电荷转移能力。

由于导电聚合物是典型的软材料,它可以减少组织和电极表面的张力从而降低炎症反应[50]。

所以对聚噻吩类化合物在神经探针应用方面的主要研究课题就是如何优化神经电极,使之能更紧密地连接电极和神经组织,从而更有效地在细胞和电极间传播信号,使装置和天然神经信号网络有机结合。

研究者的努力方向是如何设计出一种电极或电极涂层,使得神经信号记录最大化,噪音最小,并可以保持高的电容和长期的传导性,且此种材料本身具有很好的生物相容性。

图5　刺激 记录微电极阵列的光学显微照片。

探针的尖端将插入运动皮层或听觉皮层或其它头骨部位[49]
(A )8-通道硅衬底针刺探针;(B )高倍率的探针图像,探针衬底为硅,电极位置的材料为金,表面积为1250mm 2
Figure 5　Optical micrographs of stimulating recording microelectrodes arrays .The probe tip will be inserted
in motor cortex or auditory cortex and the rest of the probe will be tethered to the skull [49]
(A )Eight -channel silicon substrate acute probe ;(B )High magnification i mage of acute tip probe demons trates the silicon substrate and
gold electrode s ites with surface area of 1250mm 2
最初对导电聚合物(CPs )作为神经探针的研究大部分集中在对聚吡咯的研究范围,对聚噻吩研究不多。

然而最近的研究则更多地集中于聚噻吩的一种衍生物-PEDOT [聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)],这是由于它具有稳定的氧化状态(高稳定性)和高的导电性,其优点超过了聚吡咯。

如:人们发现PPy PSS (聚吡咯 聚苯乙烯磺酸酯)在0.4V 电压下发生极化16h 后只能保持最初电荷的5%,而PEDOT 在相似的情况下能保持89%的导电率[52]。

Martin 等将PEDOT PSS 电化学沉积在神经探针的微电极表面,这种PEDOT
PSS 涂层将电阻系数降低了近两个数量级[53]。

这种膜结构缩短了有效扩散距离,使得离子可通过膜快速
传输,其电化学稳定性也强于聚吡咯。

当结合了生物活性缩氨酸DCDPGYIGSR 后,鼠神经胶质细胞可优先生长在PEDOT -DCDPGYIGSR 涂层电极上。

通过PE DOT -DCDPGYIGSR 涂层电极可获得高灵敏度的神经
记录信号。

Xiao等用羟甲化的EDOT(EDOT-MeOH)电化学聚合修饰金神经微电极的表面[54]。

将用PSS掺杂的PEDOT-MeOH用不同的电聚合时间沉积在电极表面,从而得到厚度不同的各种膜。

这种沉积膜获得了一个均匀的表面(见图6),比起未涂层的金电极电容增加,大范围(从100～105Hz)地降低了涂层电极的电阻。

在1000Hz处电阻最低,仅为10kΨ。

并且成功地将CDPGYIGSR沉积在电极上获得了粘连且均匀的涂层。

图6　PEDOT-MeOH PSS涂层电极的SE M照片。

从A到D沉积时间逐渐递增[54]
Figure6　SE M images of PEDOT-M eOH PSS coated electrode sites.From A to D the deposition time increased[54]
图7　EDOT和S-EDOT的化学结构[55]
Figure7　Chemical structure of E DOT and S-EDOT[55]
Xiao等还合成了PEDOT烷氧基磺酸盐-(PEDOT S-EDOT)膜[55](结构如图7所示),这种膜也获得了同上面相似的结果:膜表面粗糙,电阻减少,电容增加等。

关于合成各种聚噻吩衍生物膜来增加表面积和电容,降低电阻等的研究还有Yang和Ha等报道的PEDOT膜等[56,57]。

其中,Yang等报道了以一种聚酯表面活性剂为模板进行电化学聚合,获得了纳米结构的PEDOT膜,这种PEDOT涂层的阻抗仅为35kΨ,相比未涂层的神经探针阻抗(800kΨ)大幅度降低,稳定性和电容都有增加。

但是对细胞却有毒性,仅对SH-SY5Y人神经细胞有较好的生物相容性,如图8所示。

需要特别提到的是Isaksson等制备了一种由PSS掺杂的PE DOT电泳离子泵作为媒介,来控制神经细胞里的离子的动态平衡[58]。

离子通过PEDOT PSS薄膜管道由电极向电解液高质高速传输,可将生理信号的结果记录到单细胞水平。

并在不同时间(24h和48h)用HCN-2细胞系和人卵巢癌(HeLa)上皮细胞对PE DOT PSS的生物相容性做了研究,结果发现这两种细胞无论在玻璃上(空白组)、聚苯乙烯上或者PEDOT PSS上的生存能力基本没什么变化,显示了PE DOT PSS很好的生物相容性。

图8　SY5Y细胞的典型光学显微照片[56]
(A)在规整的PEDOT表面活性模板涂层上种植36h后的显微照片;(B)在规整的PEDOT表面活性模板涂层上种植72h
后的显微照片;(C)在铂涂层的对照上种植36h后照片;(D)在铂涂层的对照上种植72h后照片。

在25%(wt)表面活性剂存在下,规整的PEDOT电化学沉积在基质上。

标尺为100μm
Figure8　Representative optical micrographs of SY5Y cells on(A)surfactant-templated ordered PEDOT coated substrate after seed ing for36h;(B)on s urfactant-templated ordered PEDOT coated substrate after seeding for72h;(C)on Pt-coated control cover slip after seedin g for36h,and(D)on Pt-coated control cover slip after seeding for72h.The ordered PEDOT was electrochemically deposited on the substrates in the presence of25wt%surfactant p oly(oxythylene)10-oleyl ether.The scale bar is100μm[56]
研究者发现另一类共轭聚合高分子电解质CPEs(化学结构如图9所示)探针可用于染色质、核和细胞质液泡等的标定[59]。

由于CPEs具有带电荷的边链,所以都是水溶性高分子,并且可通过多种静电相互作用和氢键作用,使它和生物分子有亲和力。

其中,POWT和t POMT带正电,而只有PTAA带负电,所带正负电荷的不同使得它们可用于核酸的检测:POW T和t POMT可和DNA、RNA结合,形成复合体,而和细胞中其它正电荷分子不反应。

荧光信号显示:当和染色质结合时聚合体骨架发生扭曲;而PTAA却不与核酸结合。

这篇文献研究了这三种聚合物和细胞间的相互作用,首次报道了CPEs探针对细胞的染色质、核和细胞质液泡,以及细胞骨架成分的特殊靶向作用。

由于这些探针独特的光学性质,对于不同的实体,CPEs发射出不同波长的光。

将不同种类的细胞(正常细胞:初代人纤维原细胞,人白细胞,鼠巨嗜细胞和成肌细胞等;以及恶性细胞系:HTB-72,JKM86-4,CRL-1740,CCL-127)播种在上述三种CPE上培养,并将其用不同溶液(EtOH∶HAc;福尔马林酸∶乙醇;多聚甲醛)固定后,细胞对CPEs显示出了特殊的荧光性质,见表1。

Nyberg等发现PEDOT-PSS电极在低电势的刺激下,可与神经网络成功接触一个月以上,界面可保留几个月,并且这种聚合物电极可随着电流密度的不同在小电压范围内,允许各种程度的电刺激。

这种刺激比ITO电极更为有效,生物相容性也很好,这为聚合物电极的发展和优化留出了空间[60]。

另一项研究将PEDOT膜电化学沉积在硅微电极阵列表面来延长神经记录[61],结果显示:沉积PEDOT的微电极阵列的记录质量比对照组增加了17%,6周后,皮层植入会产生一定的组织反应,导致在1kHz处从PEDOT到对照位点的电阻出现了平均700kΨ的增加,但是有序的PEDOT表面活性剂模板仍然适合获得高质量的神经记录。

Richardson-Burns等将PEDOT直接在神经组织中电化学聚合,在电活性组织里形成了一个导电聚合物网[62],为植入电极的研究增加了一个新的范例。

为了研究活性神经细胞是否会直接和PE DOT 结合形成界面,而保持正常的生理学活性,他们还同时评估了EDOT单体在电化学聚合过程中的毒性。

发现经过72h后,神经细胞在10mM的E DOT液中仍能保持75%的活性。

电化学聚合持续5～60min时,和单体相关的细胞毒性可以忽略。

这种PE DOT网络的高表面积更有利于离子导体组织和电传导装置的
表1　探针对已固定细胞的靶向定位[59]
Table1　Localization of probe targets after different fixation schemes[59]
探针PTAA POWT t PO MT PTAA PO WT t POMT P TAA PO WT t POMT
固定液EtOH∶HAc EtOH∶HAc福尔马林酸∶乙醇福尔马林酸∶乙醇多聚甲醛多聚甲醛正常细胞细胞表面--++++++细胞质液泡++++++++++--
核和染色质-+++-++--＊
恶性细胞系
细胞表面--++++++
细胞质液泡------
核和染色质-+++-++--＊
其中:+++表示有强荧光吸收;＊表示用0.1%的Triton X-100浸透后有强的染色作用。

图9　三种CPEs[59]
(a)POWT;(b)PTAA;(c)t POMT的化学结构
Figure9　The chemical structure of the repeating units of the conjugated polyelectrolytes:(a)POWT poly(3-[(S)-5-amino
-5-carboxyl-3-oxapentyl]-2,5-thiophen y lene hydrochloride);(b)PTAA poly(thiophene acetic acid);and(c)tPOMT poly(3-[(S)-5-amino-5-methoxycarboxyl-3-oxapenty l]-2,5-thiophenylene h ydrochloride)[59]
信号传输,以及向组织进一步传输电荷,并且有希望消除电极-组织界面附近的强的免疫反应以及机械压力和张力。

PEDOT除了在脑组织中可聚合成网状外,还可在如真皮、心脏、肌肉等组织中聚合。

在离电极点周围500μm到1mm直径的范围内,由于PEDOT可在细胞间的纳米和微米空隙内生长,所以这种类型的导电聚合物电极可能会穿过纤维疤痕包囊,避开常常会在植入电极周围形成的免疫细胞集合体。

最近报道了一种新型自组装单层膜(Self-assembled Monola yers,SAMs)涂层,它可以增加生物相容性而减少神经电极的电阻[63],这种涂层是利用巯基物质在金表面的自组装特性,在金阵列上形成稳定、有序、紧密、尾基为羧基的16-巯基十六烷酸(MHA)自组装膜。

合成的涂层中含MHA和尾基为硫醇盐的聚[3 -(2-乙基己基)噻吩](EHPT)的混合物。

SAMs的形成对电极电阻有很大影响,涂层后电极电阻降低了大约40%。

在细胞培养前,SAMs涂层用蛋白预处理促使神经细胞黏附和神经突伸展。

这种聚噻吩SAMs 有着纳米级的表面形貌,通过AFM分析,EHPT SAMs产生颗粒状表面特征,粒径为10～20nm,高度为10～15nm,表面积也很大,在边长为500nm平方范围内表面积达到260,944nm2。

SAMs对原代神经细胞的作用结果显示:自组装后的功能化E HPT比纯EHPT更能促进神经突的伸展。

荧光照片显示:随着EHPT 和MHA的比例的增加,神经突的生长减慢,如图10所示。

另一篇文献报道了在纳米金修饰的电极上用一种水溶性的,含二茂铁阳离子功能基团的聚噻吩传感器和单链肽核酸(Peptide Nucleic Acid,PNA)探针
来电化学检测DNA-PNA的结合情况[64]。

纳米金修饰电极可极大增加单链PNA(ss-PNA)捕获探针的固定量,从而导致电信号的增加。

由于PNA探针上缺乏磷酸阴离子基团,含二茂铁阳离子的聚噻吩不和PNA 探针发生静电作用,但是当DNA-PNA结合时(在52℃,将ss-PNA探针修饰电极浸入到含1μmol L的DNA 的PB S溶液中1h形成双链PNA-DNA修饰电极),阳离子噻吩被吸附到DNA骨架上,用微脉冲伏安法检测时会有一个清晰的结合信号。

这项研究又增加了一个检测是否结合了DNA的方法。

图10　鼠的皮层神经元在纯的或混合的SAM上体外培养三天后的荧光显微照片[63]随着EHPT:MHA比率的增加,神经突生长减慢。

特别应该注意的是(e),在EHPT SA M s上生长的神经短而宽,标尺代表20μm Figure10　Fluorescence microscope images of mouse cortical neurons at3DIV on the same pure and mixed SAM formulations[63] As the EHPT:MHA ratio increas es,neurite outgro wth decreas es.Of particular note is(e),which illus trates the short
neurites with broadened growth cones that are c ommon on the pure EHPT SAMs,the s cale bar repres ents20μm
Richardson-Burns等还报道了一种在活细胞周围聚合PE DOT的方法,即以神经细胞为模板进行导电聚合物涂层,制成微电极或导电聚合物-活性神经细胞混合电极的方法[65],如图11所示,将细胞黏附在电极上后,在0.5～1μA m m2的恒电流下,PE DOT可电化学沉积在细胞周围。

而埋入聚合物中的细胞在聚合过程中仍可存活120h。

作者并且发现神经细胞与0.01M的EDOT单体溶液接触72h后,细胞存活率仍可达到80%,而先前报道的PEDOT对细胞的存活率可达到75%[62],说明了无论聚合体还是单体短期接触对细胞的毒性基本上是可以忽略的。

与裸电极相比,PEDOT,PE DOT+活神经细胞,以神经细胞为模板的PEDOT涂层的电阻可降低1～1.5个数量级(0.01～1kHz),并且明显增加了电传递能力。

体外研究显示(见图12),当植入组织中时,这种以细胞为模板的聚合物表面使得细胞可重新填充在宿主组织中的细胞形孔中,进入通道和裂缝中。

这就提供了细胞和导电聚合物间的密切联系:使得电极和组织间有可能实现连续的电接触。

2.2　聚噻吩及其衍生物在生物传感器方面的应用
生物传感器要求有长期的稳定性、高的灵敏度、短的响应时间、好的生物活性和生物相容性。

另一关键因素是在水中能进行较温和的氧化聚合,以便适于结合酶、抗体、甚至是整个活细胞。

据文献报道,在生物传感器领域研究最广泛的导电聚合物是聚吡咯和聚苯胺[66,67]。

简单结构的聚噻吩及其衍生物要求有相当高的氧化电势,并且由于这些单体不溶于水,从而限制了它们在生物传感器中的应用。

而PE DOT 由于其许多特殊的优点成为生物传感器领域的一个潜在可应用聚合物,但是单体在水中的溶解性差极大地限制了PEDOT作为传感器的应用。

为了克服这一缺点,Kros及其合作者[68,69]用水和乙腈的混合液做溶剂来增加EDOT的溶解性,电化学合成了PEDOT用作葡萄糖的生物传感器,但是乙腈是一种有毒溶剂。

所以后来人们又用表面活性物质如:SDS、PVP、PSSA、SDBS、TX-100等,通过形成的胶束来溶解EDOT单。