一種藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠的制備方法及應用與流程

本發明涉及生物技術領域，具體涉及一種藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠材料及其制備方法，以及作為光學敏化以及皮膚相關疾病光熱治療材料的應用。

背景技術：

太陽能是最豐富的可持續的能源資源，地球的表面從太陽每年約獲得4×10²⁴j的太陽能。自然界的光合作用是超過3.5億年典型的太陽能應用。生物過程是規模最大的光子能量轉換成吉布斯自由能的過程。20世紀90年代以來，太陽能電池的發明促進了科學家利用生物大分子組裝染料敏化太陽能電池的研究和應用。染料敏化電池的低成本、環境友好和制作簡單的特點使之具有良好的應用前景。染料敏化電池主要由以下幾個部分組成：導電基底層、二氧化鈦納米多孔電極、染料敏化層、電解質和光陰極。到目前為止，很多生物染料敏化層被開發，尤其是基于葉綠素的超分子光合蛋白復合物人工光伏設備的開發最為廣泛。

藻膽蛋白是存在于藍藻、紅藻、隱藻和少數一些甲藻中的捕光色素蛋白，能把捕獲的光能高效的傳遞給光系統反應中心，用于光合作用。其中，藻藍蛋白是分布最普遍的藻膽蛋白，在幾乎所有含藻膽蛋白的生物中都能夠觀察到。在自然環境中生長的大多數藍藻物種中含量最豐富。這些藍色或藍紫色的藻膽蛋白能夠吸收從580nm到630nm范圍內的可見光，并在635nm-645nm范圍密集發射出紅色熒光。這為染料敏化太陽能電池的研究和利用提供了良好的材料。由于藻藍蛋白染料敏化層大多以液體形式存在，造成了其應用困難。而若采用固態藻藍蛋白生物染料敏化層，則會造成蛋白變性等問題，導致組裝的染料敏化電池的光電轉化效率普遍偏低。。

通過對碳納米管進行羧化，然后經edc（1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽）和nhs（n-羥基琥珀酰亞胺）活化，可以與pc（藻藍蛋白）的氨基進行反應，形成共價連接，達到固定pc的目的。由于碳納米管具有良好的導電性、電子傳遞性，在pc間也可以擔當量子導線的作用，pc修飾的納米管加強了對x射線、重離子的放射增敏作用。

光動力治療（photodynamictherapy，pdt）是通過對皮膚病理組織選擇性進行光敏材料的貼敷，隨后在適當波長光線局部照射后，光敏材料中的光敏劑被激活，而激發態的光敏劑又把能量傳遞給周圍的氧，生成活性很強的單態氧，單態氧和相鄰的生物大分子發生氧化反應，產生細胞毒性作用，進而導致細胞受損乃至死亡。而光熱治療（photothermaltherapy，ptt）是使用具有穿透性好的激光(通常使用紅外光)選擇性地照射皮膚病理組織，碳納米管經過遠紅外的經過近紅外光譜輻射以及增敏后能釋放大量的振動能，使局部組織產生光熱，溫度升高，導致細胞死亡。因此，新型高效的既有光動力治療又有光熱治療前景的新型生物醫學材料在皮膚相關疾病治療中具有重要意義。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服已有技術的不足而提供一種性能穩定且導電率高的藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠的制備方法及應用。

本發明的目的可以通過如下措施來達到：一種藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

提取膠原蛋白并配制成膠原蛋白水溶液；

配制羧基化碳納米管溶液；

配制聚丙烯酰胺溶液；

配制藻藍蛋白溶液；

將所述膠原蛋白水溶液、所述羧基化碳納米管溶液和所述聚丙烯酰胺溶液混合均勻，在室溫下超聲20～70min，密閉抽氣10～20min，然后分別加入四甲基二乙胺（temed）溶液和過硫酸銨溶液，使充分溶解，發生聚合反應，反應在28～38℃進行15～50min后，得到膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠；

將所述膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠加入至所述藻藍蛋白溶液中，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）和n-羥基琥珀酰亞胺（nhs），在室溫下避光反應過夜，取出凝膠，用去離子水沖洗，去除未交聯到凝膠表面的藻藍蛋白分子，得到藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠。

為了進一步實現本發明的目的，所述藻藍蛋白溶液、膠原蛋白水溶液、羧基化碳納米管溶液、聚丙烯酰胺溶液的體積比為10：1～5：1～6：2～8。

為了進一步實現本發明的目的，所述四甲基二乙胺（temed）溶液的體積分數為0.2～1%，所述過硫酸銨溶液的質量分數為10～50mg/ml，所述四甲基二乙胺（temed）溶液與過硫酸銨溶液與膠原蛋白水溶液的體積比為1～3:0.2～0.4:1～5。

為了進一步實現本發明的目的，所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）、所述n-羥基琥珀酰亞胺（nhs）及所述過量藻藍蛋白溶液中參與反應的藻藍蛋白的摩爾比為1:1：2～4。

為了進一步實現本發明的目的，所述提取膠原蛋白并配制成膠原蛋白水溶液的方法為：

將魚皮加入濃度為0.1～0.3mol/l的naoh水溶液中浸泡14～48h以除去非膠原成分，得到脫脂魚皮；

將所述脫脂魚皮水洗至中性后加入濃度為0.3～0.9mol/l的醋酸溶液，勻漿，4℃磁力攪拌萃取2d，以轉速為10000～12000r/min離心30min，得到的上清液為酸溶性膠原蛋白；

向所述酸溶性膠原蛋白加入nacl，離心，收集沉淀溶于0.5～0.8mol/l醋酸溶液中，采用濃度為0.1～0.2mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸餾水透析1～3d，凍干后得到所述魚膠原蛋白；

將所述魚膠原蛋白溶解至去離子水中，用naoh調節ph至6.0，調節魚膠原蛋白濃度至5～9mg/ml,制得膠原蛋白水溶液。

為了進一步實現本發明的目的，所述配制羧基化碳納米管溶液方法為：取長度為10～60μm且導電性能大于90s/cm，純度>90%的羧基化單壁碳納米管，溶解于含有芳香基團的非離子表面活性劑的純水中，然后超聲分散，得到濃度為1wt%的羧基化碳納米管溶液。

為了進一步實現本發明的目的，所述配制聚丙烯酰胺溶液的方法為：將丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺溶于ph值為6.8的0.5mol/l的tris/hcl（三羥甲基氨基甲烷）緩沖液中，過濾后得到濃度為0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液，所述丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺與所述膠原蛋白水溶液的體積比為60～75：1。

為了進一步實現本發明的目的，所述配制藻藍蛋白溶液方法為：將純度>90%的藻藍蛋白溶解于ph值為6.0的pbs（磷酸鹽）緩沖液中，得到濃度為0.05～0.4mg/ml的藻藍蛋白溶液。

一種藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠的制備方法獲得的藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠覆蓋于半導體或金屬電極上可作為太陽能電池或光學傳感器的增敏層或電極使用。

一種藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠的制備方法獲得的藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠在敏化太陽能電池中的應用，所述藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠覆蓋于tio2電極上。

在上述藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠及其制備方法和應用中，將膠原蛋白和羧基化碳納米管配成溶液，然后摻雜到聚丙烯酰胺網絡結構中，隨后浸泡至藻藍蛋白溶液中，利用1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）和n-羥基琥珀酰亞胺(nhs)作為交聯劑，將藻藍蛋白交聯至凝膠表面。該凝膠復合物不僅性質穩定、強度高、導電率高，而且利于封裝，從而可應用在藻藍蛋白染料敏化太陽能電池中。

edc\nhs可以催化羧基和氨基形成共價酰胺鍵。膠原蛋白分子表面有許多氨基和羧基，羧基化碳納米管表面含有許多羧基，藻藍蛋白具有游離的氨基和羧基。因此在edc\nhs存在下，不僅使凝膠內部羧基化碳納米管與魚膠原蛋白之間形成穩定的結構，加強了凝膠的穩定性和強度等特性；同時凝膠表面的羧基化碳納米管和魚膠原蛋白可以與藻藍蛋白發生共價反應，將藻藍蛋白穩定的固定于凝膠表面。而凝膠內部的碳納米管可以起到電子傳遞的作用。

將納米多孔結構光陽極和作為對電極的鉑電極都固定在氟氧化錫(fto)導電玻璃基板上。使用絲網印刷法將20nm粒徑尺度的球狀tio2粒子沉積在已處理的fto玻璃表面，沉積厚度大約為12μm，面積約為0.24cm²，得到半導體膜（光陽極）。然后于馬弗爐中500℃加熱30min，使二氧化鈦顆粒燒結在一起，創建一個滲透性的導電網絡。光陽極電極制備后，將藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠切至合適大小，覆蓋于tio2電極上。

對凝膠敏化太陽能電池的組裝和性能測試。將凝膠敏化后的光陽極和鍍鉑的對電極（0.36cm²）通過7mm內孔直徑激光切割的沙林墊片進行組裝，中央形成密閉的空腔，兩端固定三者結合緊密，使隨后加入的電解液不滲漏。將電解液通過鉑電極上的小孔注入此空腔，并均勻擴散，密封后進行測量。組裝好的電池為0.24cm²工作面積的tio2光陽極，在25℃，100mw/cm²標準光照條件和75mw/cm²較低的光照條件下，使用太陽能電池iv測試系統對組裝好的太陽能電池的光伏特性進行測試。

在上述藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠及其制備方法和應用中，羧基化碳納米管具有獨特的結構，不僅具有導電性能、熱性能、高的比表面積等特點，而且分子表面具有羧基，使得羧基化碳納米管在水溶劑中的分散性大大提高。edc\nhs可以催化羧基和氨基形成共價酰胺鍵。膠原蛋白分子表面有許多氨基和羧基，羧基化碳納米管表面含有許多羧基，藻藍蛋白具有游離的氨基和羧基。因此在edc\nhs存在下，不僅使凝膠內部羧基化碳納米管與魚膠原蛋白之間形成穩定的結構，加強了凝膠的穩定性和強度等特性；同時凝膠表面的羧基化碳納米管和魚膠原蛋白可以與藻藍蛋白發生共價反應，將藻藍蛋白穩定的固定于凝膠表面。而凝膠內部的碳納米管可以起到電子傳遞的作用。碳納米管經過遠紅外或近紅外光譜輻射后，能釋放大量的振動能，可以在局部產生大量熱量。當輻射足夠強，熱量足夠高時，可以導致吸附的藻藍蛋白變性，凝膠的光敏性質喪失，因此上述材料也可以用作特殊的光開關。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：

1.本發明方法制備的藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠具有更快的電子轉移速率，較高的量子效率，近紅外區有較寬的吸收帶，無毒并且有很好的穩定性。利用納米尺度的光陽極能更好的收集和傳輸電子，并且可以使用模塊化技術降低成本。具有較高的光伏特性。

2.本發明所選用的光敏材料除了模擬自然界中的光合作用以外，同時可以和現有的天然色素敏化染料混合共敏化，增大對太陽光吸收波長的范圍和吸收效率。

3.本發明以上述藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠作為敏化染料的生物大分子太陽能敏化電池。其生物大分子染料敏化太陽能電池具有成本低,制作工藝簡單，無毒，環境友好。

附圖說明：

圖1為本發明的制備方法流程示意圖；

圖2為本發明的太陽能電池組件制備方法的流程圖；

圖3為本發明的太陽能電池組件的結構示意圖；

圖4為本發明的光陽極表面掃描電鏡圖；

圖5為本發明的藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠表面掃描電鏡圖；

圖6為本發明的100mw/cm²光強下的太陽能電池組件的i-v測試曲線圖；

圖7為本發明的太陽能電池組件開路電壓隨時間變化情況圖；

圖8為本發明的太陽能電池組件短路電流隨時間變化情況圖。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發明的具有實施方式做詳細說明：

實施例1：一種藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠的制備方法，其特征在于其包括以下步驟：

提取膠原蛋白并配制成膠原蛋白水溶液：

取魚皮加入濃度為0.2mol/l的naoh水溶液中浸泡24h以除去非膠原成分，得到脫脂魚皮；將所述脫脂魚皮水洗至中性后加入濃度為0.6mol/l的醋酸溶液，勻漿，4℃磁力攪拌萃取2d，12000r/min離心30min，得到的上清液為酸溶性膠原蛋白；向所述酸溶性膠原蛋白加入nacl，離心，收集沉淀溶于0.5mol/l醋酸溶液中，采用濃度為0.1mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸餾水透析2d，凍干后得到所述魚膠原蛋白；將所述魚膠原蛋白溶解至去離子水中，用naoh調節ph至6.0，調節魚膠原蛋白濃度至5mg/ml,制得膠原蛋白水溶液。

配制羧基化碳納米管溶液：

取長度為10～30μm，導電性能大于90s/cm，純度>90%的羧基化單壁碳納米管，溶解于含有芳香基團的非離子表面活性劑的純水中，然后超聲使其充分溶解，即得到黑色透亮的濃度為1wt%的碳納米管溶液（碳納米管含量1wt%）。

配制聚丙烯酰胺溶液：

取丙烯酰胺17.46g，甲叉丙烯酰胺0.54g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羥甲基氨基甲烷）緩沖液定容至60ml，過濾后得到濃度為0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻藍蛋白溶液：

稱取2g純度>90%的藻藍蛋白溶解于20mlph6.0的pbs（磷酸鹽）緩沖液中，得到0.1mg/ml的藻藍蛋白溶液。

藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠的制備：

在燒杯中分別加入膠原蛋白水溶液1ml，羧基化碳納米管溶液1ml，聚丙烯酰胺溶液2ml混合均勻，室溫下超聲20min，密閉抽氣10min，然后分別加入1ml的體積分數為1%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.2ml的質量分數為50mg/ml的過硫酸銨溶液，使充分溶解，發生聚合反應，反應在28℃進行30min后，即制備得到膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠。

將膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠取出，置于過量藻藍蛋白溶液中，加入5mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）和10mgn-羥基琥珀酰亞胺（nhs），在室溫下避光反應過夜，取出凝膠，用去離子水沖洗，去除未交聯到凝膠表面的藻藍蛋白分子，得到藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）、所述n-羥基琥珀酰亞胺（nhs）及所述過量藻藍蛋白溶液中參與反應藻藍蛋白的摩爾比為1:1：2～4。

tio2電極的構建和敏化：

將納米多孔結構光陽極和作為對電極的鉑電極都固定在氟氧化錫(fto)導電玻璃基板上。使用絲網印刷法將20nm粒徑尺度的球狀tio2粒子沉積在已處理的fto玻璃表面，沉積厚度大約為12μm，面積約為0.24cm²，得到半導體膜（光陽極）。然后于馬弗爐中500℃加熱30min，使二氧化鈦顆粒燒結在一起，創建一個滲透性的導電網絡。光陽極電極制備后，將藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠切至合適大小，覆蓋于tio2電極上。所得電極在光照條件下可直接完成太陽能到電能的轉化，即可作為太陽能電池或光學傳感器的電極使用。用掃描電鏡對敏化后的光陽極表面進行表征，光陽極表面形成了一個有一定厚度的凝膠吸附層（圖4,圖5）

凝膠敏化太陽能電池的組裝和性能測試：

將凝膠敏化后的光陽極和鍍鉑對電極（0.36cm²）通過7mm內孔直徑激光切割的沙林墊片進行組裝，中央形成密閉的空腔，兩端固定三者結合緊密，使隨后加入的電解液不滲漏。將電解液通過鉑電極上的小孔注入此空腔，并均勻擴散，密封后進行測量。組裝好的電池為0.24cm²工作面積的tio2光陽極，在25℃，100mw/cm²標準光照條件和75mw/cm²較低的光照條件下，使用太陽能電池iv測試系統對組裝好的太陽能電池的光伏特性進行測試。結果見圖6，圖7，圖8。結果顯示，在100mw/cm²光強下，測得0.29ma/cm²的短路電流、0.36v的開路電壓。凝膠電解質層由于藻藍蛋白碳納米管復合凝膠的存在能夠使藻藍蛋白的色素與tio2電極表面的導電性增強，使激發電子向電極的注入更加容易，能夠提高光電流。

實施例2：

提取膠原蛋白并配制成膠原蛋白水溶液：

取魚皮加入濃度為0.2mol/l的naoh水溶液中浸泡24h以除去非膠原成分，得到脫脂魚皮；將所述脫脂魚皮水洗至中性后加入濃度為0.6mol/l的醋酸溶液，勻漿，4℃磁力攪拌萃取2d，12000r/min離心30min，得到的上清液為酸溶性膠原蛋白；向所述酸溶性膠原蛋白加入nacl，離心，收集沉淀溶于0.5mol/l醋酸溶液中，采用濃度為0.1mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸餾水透析2d，凍干后得到所述魚膠原蛋白；將所述魚膠原蛋白溶解至去離子水中，用naoh調節ph至6.0，調節魚膠原蛋白濃度至5mg/ml,制得膠原蛋白水溶液。

配制羧基化碳納米管溶液：

取長度為10-30μm，導電性能大于90s/cm，純度>90%的羧基化單壁碳納米管，溶解于含有芳香基團的非離子表面活性劑的純水中，然后超聲使其充分溶解，即得到黑色透亮的濃度為1wt%的碳納米管溶液（碳納米管含量1wt%）。

取丙烯酰胺17.46g，甲叉丙烯酰胺0.54g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羥甲基氨基甲烷）緩沖液定容至60ml，過濾后得到濃度為0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻藍蛋白溶液：

稱取2g純度>90%的藻藍蛋白溶解于20mlph6.0的pbs緩沖液中，得到0.1mg/ml的藻藍蛋白溶液。

藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠的制備：

在燒杯中分別加入膠原蛋白水溶液1ml，羧基化碳納米管溶液1ml，聚丙烯酰胺溶液2ml混合均勻，室溫下超聲20min，密閉抽氣10min，然后分別加入1ml的體積分數為0.2%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.2ml的質量分數為10mg/ml的過硫酸銨溶液，使充分溶解，發生聚合反應，反應在28℃進行30min后，即制備得到膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠。

將膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠取出，置于過量藻藍蛋白溶液中，加入5mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）和10mgn-羥基琥珀酰亞胺（nhs），在室溫下避光反應過夜，取出凝膠，用去離子水沖洗，去除未交聯到凝膠表面的藻藍蛋白分子，得到藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）、所述n-羥基琥珀酰亞胺（nhs）及所述藻藍蛋白溶液中參與反應藻藍蛋白的摩爾比為1:1：2～4。

納米多孔結構金電極的構建和敏化：

以納米多孔（10-100納米）結構的金箔片作為光陽極，鉑作為對電極。用乙醇，氯仿進行20分鐘超聲波振動處理后，紫外臭氧消毒10分鐘。光陽極電極制備后，將藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠切至合適大小，覆蓋于光陽極上。所得電極在光照條件下可直接完成太陽能到電能的轉化，即可作為太陽能電池或光學傳感器的電極使用。

凝膠敏化太陽能電池的組裝和性能測試，檢測方法與結果基本同實施例1。

實施例3：

提取膠原蛋白并配制成膠原蛋白水溶液：

取魚皮加入濃度為0.2mol/l的naoh水溶液中浸泡24h以除去非膠原成分，得到脫脂魚皮；將所述脫脂魚皮水洗至中性后加入濃度為0.6mol/l的醋酸溶液，勻漿，4℃磁力攪拌萃取2d，12000r/min離心30min，得到的上清液為酸溶性膠原蛋白；向所述酸溶性膠原蛋白加入nacl，離心，收集沉淀溶于0.5mol/l醋酸溶液中，采用濃度為0.1mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸餾水透析1d，凍干后得到所述魚膠原蛋白；將所述魚膠原蛋白溶解至去離子水中，用naoh調節ph至6.0，調節魚膠原蛋白濃度至5mg/ml,制得膠原蛋白水溶液。

配制羧基化碳納米管溶液：

取長度為10～30μm，導電性能大于90s/cm，純度>90%的羧基化單壁碳納米管，溶解于含有芳香基團的非離子表面活性劑的純水中，然后超聲使其充分溶解，即得到黑色透亮的濃度為1wt%的碳納米管溶液（碳納米管含量1wt%）。

取丙烯酰胺17.46g，甲叉丙烯酰胺0.54g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羥甲基氨基甲烷）緩沖液定容至60ml，過濾后得到濃度為0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻藍蛋白溶液：

稱取2g純度>90%的藻藍蛋白溶解于20mlph6.0的pbs緩沖液中，得到0.1mg/ml的藻藍蛋白溶液。

藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠的制備：

在燒杯中分別加入膠原蛋白水溶液1ml，羧基化碳納米管溶液1ml，聚丙烯酰胺溶液2ml混合均勻，室溫下超聲20min，密閉抽氣10min，然后分別加入1ml的體積分數為0.5%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.2ml的質量分數為30mg/ml的過硫酸銨溶液，使充分溶解，發生聚合反應，反應在28℃進行30min后，即制備得到膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠。

將膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠取出，置于過量藻藍蛋白溶液中，加入5mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）和10mgn-羥基琥珀酰亞胺（nhs），在室溫下避光反應過夜，取出凝膠，用去離子水沖洗，去除未交聯到凝膠表面的藻藍蛋白分子，得到藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）、所述n-羥基琥珀酰亞胺（nhs）及所述過量藻藍蛋白溶液中參與反應藻藍蛋白的摩爾比為1:1：2～4。

納米多孔結構金銀合金電極的構建和敏化：

以納米多孔（10-100納米）結構的金銀合金箔片作為光陽極，鉑作為對電極。用乙醇，氯仿進行20分鐘超聲波振動處理后，紫外臭氧消毒10分鐘。光陽極電極制備后，將藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠切至合適大小，覆蓋于光陽極上。所得電極在光照條件下可直接完成太陽能到電能的轉化，即可作為太陽能電池或光學傳感器的電極使用。

凝膠敏化太陽能電池的組裝和性能測試，檢測方法與結果基本同實施例1。

實施例4：

提取膠原蛋白并配制成膠原蛋白水溶液：

取魚皮加入濃度為0.2mol/l的naoh水溶液中浸泡24h以除去非膠原成分，得到脫脂魚皮；將所述脫脂魚皮水洗至中性后加入濃度為0.5mol/l的醋酸溶液，勻漿，4℃磁力攪拌萃取2d，12000r/min離心30min，得到的上清液為酸溶性膠原蛋白；向所述酸溶性膠原蛋白加入nacl，離心，收集沉淀溶于0.5mol/l醋酸溶液中，采用濃度為0.1mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸餾水透析1d，凍干后得到所述魚膠原蛋白；將所述魚膠原蛋白溶解至去離子水中，用naoh調節ph至6.0，調節魚膠原蛋白濃度至5mg/ml,制得膠原蛋白水溶液。

配制羧基化碳納米管溶液：

取長度為10～30μm，導電性能大于90s/cm，純度>90%的羧基化單壁碳納米管，溶解于含有芳香基團的非離子表面活性劑的純水中，然后超聲使其充分溶解，即得到黑色透亮的濃度為1wt%的碳納米管溶液（碳納米管含量1wt%）。

取丙烯酰胺17.46g，甲叉丙烯酰胺0.54g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羥甲基氨基甲烷）緩沖液定容至60ml，過濾后得到濃度為0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻藍蛋白溶液：

稱取2g純度>90%的藻藍蛋白溶解于20mlph6.0的pbs緩沖液中，得到0.1mg/ml的藻藍蛋白溶液。

藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠的制備：

在燒杯中分別加入膠原蛋白水溶液1ml，羧基化碳納米管溶液1ml，聚丙烯酰胺溶液2ml混合均勻，室溫下超聲20min，密閉抽氣10min，然后分別加入1ml的體積分數為1%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.2ml的質量分數為50mg/ml的過硫酸銨溶液，使充分溶解，發生聚合反應，反應在28℃進行30min后，即制備得到膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠。

將膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠取出，置于過量藻藍蛋白溶液中，加入5mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）和10mgn-羥基琥珀酰亞胺（nhs），在室溫下避光反應過夜，取出凝膠，用去離子水沖洗，去除未交聯到凝膠表面的藻藍蛋白分子，得到藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）、所述n-羥基琥珀酰亞胺（nhs）及所述過量藻藍蛋白溶液中參與反應藻藍蛋白的摩爾比為1:1：2～4。

氧化鋅納米線電極的構建和敏化：

以納米線（10-100納米）結構的氧化鋅作為光陽極，鉑作為對電極。用乙醇，氯仿進行20分鐘超聲波振動處理后，紫外臭氧消毒10分鐘。光陽極電極制備后，將藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠切至合適大小，覆蓋于光陽極上。所得電極在光照條件下可直接完成太陽能到電能的轉化，即可作為太陽能電池或光學傳感器的電極使用。

凝膠敏化太陽能電池的組裝和性能測試，檢測方法與結果基本同實施例1。

實施例5：

提取膠原蛋白并配制成膠原蛋白水溶液：

取魚皮加入濃度為0.3mol/l的naoh水溶液中浸泡14h以除去非膠原成分，得到脫脂魚皮；將所述脫脂魚皮水洗至中性后加入濃度為0.4mol/l的醋酸溶液，勻漿，4℃磁力攪拌萃取2d，12000r/min離心30min，得到的上清液為酸溶性膠原蛋白；向所述酸溶性膠原蛋白加入nacl，離心，收集沉淀溶于0.6mol/l醋酸溶液中，采用濃度為0.1mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸餾水透析1d，凍干后得到所述魚膠原蛋白；將所述魚膠原蛋白溶解至去離子水中，用naoh調節ph至6.0，調節魚膠原蛋白濃度至6mg/ml,制得膠原蛋白水溶液。

配制羧基化碳納米管溶液：

取長度為10～30μm，導電性能大于90s/cm，純度>90%的羧基化單壁碳納米管，溶解于含有芳香基團的非離子表面活性劑的純水中，然后超聲使其充分溶解，即得到黑色透亮的濃度為1wt%的碳納米管溶液（碳納米管含量1wt%）。

取丙烯酰胺16g，甲叉丙烯酰胺0.4g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羥甲基氨基甲烷）緩沖液定容至180ml，過濾后得到濃度為0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻藍蛋白溶液：

稱取3g純度>90%的藻藍蛋白溶解于60mlph6.0的pbs緩沖液中，得到0.05mg/ml的藻藍蛋白溶液。

藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠的制備：

在燒杯中分別加入膠原蛋白水溶液3ml，羧基化碳納米管溶液2ml，聚丙烯酰胺溶液5ml混合均勻，室溫下超聲30min，密閉抽氣20min，然后分別加入1ml的體積分數為1%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.23ml的質量分數為40mg/ml的過硫酸銨溶液，使充分溶解，發生聚合反應，反應在28℃進行50min后，即制備得到膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠。

將膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠取出，置于過量藻藍蛋白溶液中，加入6mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）和14mgn-羥基琥珀酰亞胺（nhs），在室溫下避光反應過夜，取出凝膠，用去離子水沖洗，去除未交聯到凝膠表面的藻藍蛋白分子，得到藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）、所述n-羥基琥珀酰亞胺（nhs）及所述過量藻藍蛋白溶液中參與反應藻藍蛋白的摩爾比為1:1：2～4。

tio2電極的構建和敏化同實施例1，凝膠敏化太陽能電池的組裝和性能測試，檢測方法與結果基本同實施例1。

實施例6：

提取膠原蛋白并配制成膠原蛋白水溶液：

取魚皮加入濃度為0.1mol/l的naoh水溶液中浸泡48h以除去非膠原成分，得到脫脂魚皮；將所述脫脂魚皮水洗至中性后加入濃度為0.5mol/l的醋酸溶液，勻漿，4℃磁力攪拌萃取2d，10000r/min離心30min，得到的上清液為酸溶性膠原蛋白；向所述酸溶性膠原蛋白加入nacl，離心，收集沉淀溶于0.8mol/l醋酸溶液中，采用濃度為0.1mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸餾水透析2d，凍干后得到所述魚膠原蛋白；將所述魚膠原蛋白溶解至去離子水中，用naoh調節ph至6.0，調節魚膠原蛋白濃度至7mg/ml,制得膠原蛋白水溶液。

配制羧基化碳納米管溶液：

取長度為20～50μm，導電性能大于100s/cm，純度>90%的羧基化單壁碳納米管，溶解于含有芳香基團的非離子表面活性劑的純水中，然后超聲使其充分溶解，即得到黑色透亮的濃度為1wt%的碳納米管溶液（碳納米管含量1wt%）。

取丙烯酰胺14g，甲叉丙烯酰胺0.5g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羥甲基氨基甲烷）緩沖液定容至200ml，過濾后得到濃度為0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻藍蛋白溶液：

稱取8g純度>90%的藻藍蛋白溶解于20mlph6.0的pbs緩沖液中，得到0.4mg/ml的藻藍蛋白溶液。

藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠的制備：

在燒杯中分別加入膠原蛋白水溶液3ml，羧基化碳納米管溶液6ml，聚丙烯酰胺溶液3ml混合均勻，室溫下超聲50min，密閉抽氣15min，然后分別加入3ml的體積分數為1%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.4ml的質量分數為20mg/ml的過硫酸銨溶液，使充分溶解，發生聚合反應，反應在38℃進行15min后，即制備得到膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠。

將膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠取出，置于過量藻藍蛋白溶液中，加入5mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）和10mgn-羥基琥珀酰亞胺（nhs），在室溫下避光反應過夜，取出凝膠，用去離子水沖洗，去除未交聯到凝膠表面的藻藍蛋白分子，得到藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）、所述n-羥基琥珀酰亞胺（nhs）及所述過量藻藍蛋白溶液中參與反應藻藍蛋白的摩爾比為1:1：2～4。

tio2電極的構建和敏化同實施例1，凝膠敏化太陽能電池的組裝和性能測試，檢測方法與結果基本同實施例1。

實施例7：

提取膠原蛋白并配制成膠原蛋白水溶液：

取魚皮加入濃度為0.1mol/l的naoh水溶液中浸泡44h以除去非膠原成分，得到脫脂魚皮；將所述脫脂魚皮水洗至中性后加入濃度為0.3mol/l的醋酸溶液，勻漿，4℃磁力攪拌萃取2d，10000r/min離心30min，得到的上清液為酸溶性膠原蛋白；向所述酸溶性膠原蛋白加入nacl，離心，收集沉淀溶于0.6mol/l醋酸溶液中，采用濃度為0.2mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸餾水透析2d，凍干后得到所述魚膠原蛋白；將所述魚膠原蛋白溶解至去離子水中，用naoh調節ph至6.0，調節魚膠原蛋白濃度至7mg/ml,制得膠原蛋白水溶液。

配制羧基化碳納米管溶液：

取長度為20～50μm，導電性能大于100s/cm，純度>90%的羧基化單壁碳納米管，溶解于含有芳香基團的非離子表面活性劑的純水中，然后超聲使其充分溶解，即得到黑色透亮的濃度為1wt%的碳納米管溶液（碳納米管含量1wt%）。

取丙烯酰胺20g，甲叉丙烯酰胺0.7g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羥甲基氨基甲烷）緩沖液定容至325ml，過濾后得到濃度為0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻藍蛋白溶液：

稱取12g純度>90%的藻藍蛋白溶解于40mlph6.0的pbs緩沖液中，得到0.3mg/ml的藻藍蛋白溶液。

藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠的制備：

在燒杯中分別加入膠原蛋白水溶液5ml，羧基化碳納米管溶液5ml，聚丙烯酰胺溶液6ml混合均勻，室溫下超聲26min，密閉抽氣16min，然后分別加入1ml的體積分數為0.3%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.3ml的質量分數為10mg/ml的過硫酸銨溶液，使充分溶解，發生聚合反應，反應在28℃進行30min后，即制備得到膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠。

將膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠取出，置于過量藻藍蛋白溶液中，加入15mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）和60mgn-羥基琥珀酰亞胺（nhs），在室溫下避光反應過夜，取出凝膠，用去離子水沖洗，去除未交聯到凝膠表面的藻藍蛋白分子，得到藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）、所述n-羥基琥珀酰亞胺（nhs）及所述過量藻藍蛋白溶液中參與反應藻藍蛋白的摩爾比為1:1：2～4。

納米多孔結構金電極的構建和敏化同實施例2，凝膠敏化太陽能電池的組裝和性能測試，檢測方法與結果基本同實施例1。

實施例8：

提取膠原蛋白并配制成膠原蛋白水溶液：

取魚皮加入濃度為0.3mol/l的naoh水溶液中浸泡24h以除去非膠原成分，得到脫脂魚皮；將所述脫脂魚皮水洗至中性后加入濃度為0.9mol/l的醋酸溶液，勻漿，4℃磁力攪拌萃取2d，12000r/min離心30min，得到的上清液為酸溶性膠原蛋白；向所述酸溶性膠原蛋白加入nacl，離心，收集沉淀溶于0.8mol/l醋酸溶液中，采用濃度為0.1mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸餾水透析3d，凍干后得到所述魚膠原蛋白；將所述魚膠原蛋白溶解至去離子水中，用naoh調節ph至6.0，調節魚膠原蛋白濃度至9mg/ml,制得膠原蛋白水溶液。

配制羧基化碳納米管溶液：

取長度為20～60μm，導電性能大于100s/cm，純度>90%的羧基化單壁碳納米管，溶解于含有芳香基團的非離子表面活性劑的純水中，然后超聲使其充分溶解，即得到黑色透亮的濃度為1wt%的碳納米管溶液（碳納米管含量1wt%）。

取丙烯酰胺40g，甲叉丙烯酰胺1g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羥甲基氨基甲烷）緩沖液定容至375ml，過濾后得到濃度為0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻藍蛋白溶液：

稱取15g純度>90%的藻藍蛋白溶解于50mlph6.0的pbs緩沖液中，得到0.3mg/ml的藻藍蛋白溶液。

藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠的制備：

在燒杯中分別加入膠原蛋白水溶液5ml，羧基化碳納米管溶液6ml，聚丙烯酰胺溶液8ml混合均勻，室溫下超聲70min，密閉抽氣20min，然后分別加入2ml的體積分數為1%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.2ml的質量分數為50mg/ml的過硫酸銨溶液，使充分溶解，發生聚合反應，反應在28℃進行30min后，即制備得到膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠。

將膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合水凝膠取出，置于過量藻藍蛋白溶液中，加入5mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）和10mgn-羥基琥珀酰亞胺（nhs），在室溫下避光反應過夜，取出凝膠，用去離子水沖洗，去除未交聯到凝膠表面的藻藍蛋白分子，得到藻藍蛋白/膠原蛋白/羧基化碳納米管/聚丙烯酰胺復合凝膠。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（edc）、所述n-羥基琥珀酰亞胺（nhs）及所述過量藻藍蛋白溶液中參與反應藻藍蛋白的摩爾比為1:1：2～4。

氧化鋅納米線電極的構建和敏化同實施例4，凝膠敏化太陽能電池的組裝和性能測試，檢測方法與結果基本同實施例1。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。