中文摘要：

为实现生物燃料电池的智能化控制放电，本项目拟将智能高分子及其复合材料应用于生物燃料电池阳极的构建，开发新的阳极智能开关。这种智能开关的工作模式是通过智能材料受外部环境（如电位、pH、温度等）刺激而产生相应性质（如电导率、溶胀/收缩状态、渗透性等）的变化，来影响阳极生物电催化反应过程中的电子传输、物质扩散等，从而实现对生物燃料电池工作状态的智能开关控制。研究智能材料与生物分子之间的相互作用，以寻求适宜的固定方法将生物分子和氧化还原媒介体固定在智能材料修饰的电极上，实现生物催化、电子传输以及智能控制三种功能为一体。研究生物分子在智能材料中的催化活性及活性分布，掌握智能材料的组成、结构以及构筑参数对生物燃料电池阳极开关智能控制行为影响的基本规律。用智能开关构筑不同类型的生物燃料电池，模拟电池在生物体内的"开关"式工作状态。

结论摘要：

智能化植入式生物燃料电池在疾病诊断和治疗领域有着广阔的应用前景。本项目主要在电极界面上设计和构筑具有刺激相应性的智能高分子膜，并将其应用于生物电催化的智能控制和生物燃料电池智能开关。分别采用聚2-氨基吡啶、聚苯胺及其衍生物、含羧基和吡啶基共聚物修饰电极构筑pH调控的电催化和生物催化“开关”。结果表明当溶液pH值改变时，不同电化学探针在聚合物修饰电极上表现了不同的开关效应，这些智能高分子修饰的电极均可以用来调控以铁氰化钾为氧化还原媒介体、辣根过氧化酶催化还原过氧化氢的生物化学反应，这种调控机理主要是由于聚合物相应性质（如荷电性质、电导率、溶胀/收缩状态、渗透性等）的变化，从而影响了电催化反应过程中的电子传输、物质扩散、聚合物与电化学探针之间的静电作用而导致。研究智能材料与生物分子之间的相互作用，利用两亲嵌段共聚物在油/水界面的相分离和亲疏水特性发展了生物活性界面构筑的新方法（电荷两亲性双驱动自组装法），实现了生物分子在电极界面的定向排列，使生物分子的催化活性得到充分显现，加快了电子传递速率，为生物燃料电池和生物传感器的发展奠定了理论基础。在所得到的智能电极上固定葡萄糖氧化酶后，可实现葡萄糖生物催化反应的智能控制；以此类电极作为阳极，以漆酶修饰电极，以葡萄糖为燃料构筑生物燃料电池，实现了对生物燃料电池工作状态的智能开关控制；在pH4和7时电池的开路电压产生了“开关”式变化，且该变化是可逆的。通过改变载体量、生物膜厚度、酶浓度等条件来优化生物电极的构筑，通过工作电位、温度的控制寻找生物催化的最佳工作参数。考察了生物燃料电池的“开关”特性和在“活性状态”下的输出功率、输出电压等。探索了电池性能（智能控制的响应时间、响应可逆性、转换次数、电池使用寿命等）与构筑参数之间的关系。同时还拓展了本项目研究过程中所涉及的聚苯胺及其衍生物、两亲嵌段共聚物、含羧基和吡啶基共聚物等功能材料在超级电容器、电化学传感器、催化等领域中的应用基础研究，得到了以间氨基苯酚为基底的高生物活性的电化学免疫传感器，优异倍率性能和循环使用寿命的聚苯胺及其衍生物复合电容材料，对甲醇具有极好的催化活性和抗毒性能的聚间苯二胺基电催化材料。