一种藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶的制备方法及应用与流程

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶材料及其制备方法，以及作为光学敏化以及皮肤相关疾病光热治疗材料的应用。

背景技术：

太阳能是最丰富的可持续的能源资源，地球的表面从太阳每年约获得4×10²⁴j的太阳能。自然界的光合作用是超过3.5亿年典型的太阳能应用。生物过程是规模最大的光子能量转换成吉布斯自由能的过程。20世纪90年代以来，太阳能电池的发明促进了科学家利用生物大分子组装染料敏化太阳能电池的研究和应用。染料敏化电池的低成本、环境友好和制作简单的特点使之具有良好的应用前景。染料敏化电池主要由以下几个部分组成：导电基底层、二氧化钛纳米多孔电极、染料敏化层、电解质和光阴极。到目前为止，很多生物染料敏化层被开发，尤其是基于叶绿素的超分子光合蛋白复合物人工光伏设备的开发最为广泛。

藻胆蛋白是存在于蓝藻、红藻、隐藻和少数一些甲藻中的捕光色素蛋白，能把捕获的光能高效的传递给光系统反应中心，用于光合作用。其中，藻蓝蛋白是分布最普遍的藻胆蛋白，在几乎所有含藻胆蛋白的生物中都能够观察到。在自然环境中生长的大多数蓝藻物种中含量最丰富。这些蓝色或蓝紫色的藻胆蛋白能够吸收从580nm到630nm范围内的可见光，并在635nm-645nm范围密集发射出红色荧光。这为染料敏化太阳能电池的研究和利用提供了良好的材料。由于藻蓝蛋白染料敏化层大多以液体形式存在，造成了其应用困难。而若采用固态藻蓝蛋白生物染料敏化层，则会造成蛋白变性等问题，导致组装的染料敏化电池的光电转化效率普遍偏低。。

通过对碳纳米管进行羧化，然后经edc（1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐）和nhs（n-羟基琥珀酰亚胺）活化，可以与pc（藻蓝蛋白）的氨基进行反应，形成共价连接，达到固定pc的目的。由于碳纳米管具有良好的导电性、电子传递性，在pc间也可以担当量子导线的作用，pc修饰的纳米管加强了对x射线、重离子的放射增敏作用。

光动力治疗（photodynamictherapy，pdt）是通过对皮肤病理组织选择性进行光敏材料的贴敷，随后在适当波长光线局部照射后，光敏材料中的光敏剂被激活，而激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧，生成活性很强的单态氧，单态氧和相邻的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性作用，进而导致细胞受损乃至死亡。而光热治疗（photothermaltherapy，ptt）是使用具有穿透性好的激光(通常使用红外光)选择性地照射皮肤病理组织，碳纳米管经过远红外的经过近红外光谱辐射以及增敏后能释放大量的振动能，使局部组织产生光热，温度升高，导致细胞死亡。因此，新型高效的既有光动力治疗又有光热治疗前景的新型生物医学材料在皮肤相关疾病治疗中具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服已有技术的不足而提供一种性能稳定且导电率高的藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶的制备方法及应用。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：一种藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提取胶原蛋白并配制成胶原蛋白水溶液；

配制羧基化碳纳米管溶液；

配制聚丙烯酰胺溶液；

配制藻蓝蛋白溶液；

将所述胶原蛋白水溶液、所述羧基化碳纳米管溶液和所述聚丙烯酰胺溶液混合均匀，在室温下超声20～70min，密闭抽气10～20min，然后分别加入四甲基二乙胺（temed）溶液和过硫酸铵溶液，使充分溶解，发生聚合反应，反应在28～38℃进行15～50min后，得到胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶；

将所述胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶加入至所述藻蓝蛋白溶液中，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）和n-羟基琥珀酰亚胺（nhs），在室温下避光反应过夜，取出凝胶，用去离子水冲洗，去除未交联到凝胶表面的藻蓝蛋白分子，得到藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶。

为了进一步实现本发明的目的，所述藻蓝蛋白溶液、胶原蛋白水溶液、羧基化碳纳米管溶液、聚丙烯酰胺溶液的体积比为10：1～5：1～6：2～8。

为了进一步实现本发明的目的，所述四甲基二乙胺（temed）溶液的体积分数为0.2～1%，所述过硫酸铵溶液的质量分数为10～50mg/ml，所述四甲基二乙胺（temed）溶液与过硫酸铵溶液与胶原蛋白水溶液的体积比为1～3:0.2～0.4:1～5。

为了进一步实现本发明的目的，所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）、所述n-羟基琥珀酰亚胺（nhs）及所述过量藻蓝蛋白溶液中参与反应的藻蓝蛋白的摩尔比为1:1：2～4。

为了进一步实现本发明的目的，所述提取胶原蛋白并配制成胶原蛋白水溶液的方法为：

将鱼皮加入浓度为0.1～0.3mol/l的naoh水溶液中浸泡14～48h以除去非胶原成分，得到脱脂鱼皮；

将所述脱脂鱼皮水洗至中性后加入浓度为0.3～0.9mol/l的醋酸溶液，匀浆，4℃磁力搅拌萃取2d，以转速为10000～12000r/min离心30min，得到的上清液为酸溶性胶原蛋白；

向所述酸溶性胶原蛋白加入nacl，离心，收集沉淀溶于0.5～0.8mol/l醋酸溶液中，采用浓度为0.1～0.2mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸馏水透析1～3d，冻干后得到所述鱼胶原蛋白；

将所述鱼胶原蛋白溶解至去离子水中，用naoh调节ph至6.0，调节鱼胶原蛋白浓度至5～9mg/ml,制得胶原蛋白水溶液。

为了进一步实现本发明的目的，所述配制羧基化碳纳米管溶液方法为：取长度为10～60μm且导电性能大于90s/cm，纯度>90%的羧基化单壁碳纳米管，溶解于含有芳香基团的非离子表面活性剂的纯水中，然后超声分散，得到浓度为1wt%的羧基化碳纳米管溶液。

为了进一步实现本发明的目的，所述配制聚丙烯酰胺溶液的方法为：将丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺溶于ph值为6.8的0.5mol/l的tris/hcl（三羟甲基氨基甲烷）缓冲液中，过滤后得到浓度为0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液，所述丙烯酰胺和甲叉丙烯酰胺与所述胶原蛋白水溶液的体积比为60～75：1。

为了进一步实现本发明的目的，所述配制藻蓝蛋白溶液方法为：将纯度>90%的藻蓝蛋白溶解于ph值为6.0的pbs（磷酸盐）缓冲液中，得到浓度为0.05～0.4mg/ml的藻蓝蛋白溶液。

一种藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶的制备方法获得的藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶覆盖于半导体或金属电极上可作为太阳能电池或光学传感器的增敏层或电极使用。

一种藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶的制备方法获得的藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶在敏化太阳能电池中的应用，所述藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶覆盖于tio2电极上。

在上述藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶及其制备方法和应用中，将胶原蛋白和羧基化碳纳米管配成溶液，然后掺杂到聚丙烯酰胺网络结构中，随后浸泡至藻蓝蛋白溶液中，利用1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）和n-羟基琥珀酰亚胺(nhs)作为交联剂，将藻蓝蛋白交联至凝胶表面。该凝胶复合物不仅性质稳定、强度高、导电率高，而且利于封装，从而可应用在藻蓝蛋白染料敏化太阳能电池中。

edc\nhs可以催化羧基和氨基形成共价酰胺键。胶原蛋白分子表面有许多氨基和羧基，羧基化碳纳米管表面含有许多羧基，藻蓝蛋白具有游离的氨基和羧基。因此在edc\nhs存在下，不仅使凝胶内部羧基化碳纳米管与鱼胶原蛋白之间形成稳定的结构，加强了凝胶的稳定性和强度等特性；同时凝胶表面的羧基化碳纳米管和鱼胶原蛋白可以与藻蓝蛋白发生共价反应，将藻蓝蛋白稳定的固定于凝胶表面。而凝胶内部的碳纳米管可以起到电子传递的作用。

将纳米多孔结构光阳极和作为对电极的铂电极都固定在氟氧化锡(fto)导电玻璃基板上。使用丝网印刷法将20nm粒径尺度的球状tio2粒子沉积在已处理的fto玻璃表面，沉积厚度大约为12μm，面积约为0.24cm²，得到半导体膜（光阳极）。然后于马弗炉中500℃加热30min，使二氧化钛颗粒烧结在一起，创建一个渗透性的导电网络。光阳极电极制备后，将藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶切至合适大小，覆盖于tio2电极上。

对凝胶敏化太阳能电池的组装和性能测试。将凝胶敏化后的光阳极和镀铂的对电极（0.36cm²）通过7mm内孔直径激光切割的沙林垫片进行组装，中央形成密闭的空腔，两端固定三者结合紧密，使随后加入的电解液不渗漏。将电解液通过铂电极上的小孔注入此空腔，并均匀扩散，密封后进行测量。组装好的电池为0.24cm²工作面积的tio2光阳极，在25℃，100mw/cm²标准光照条件和75mw/cm²较低的光照条件下，使用太阳能电池iv测试系统对组装好的太阳能电池的光伏特性进行测试。

在上述藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶及其制备方法和应用中，羧基化碳纳米管具有独特的结构，不仅具有导电性能、热性能、高的比表面积等特点，而且分子表面具有羧基，使得羧基化碳纳米管在水溶剂中的分散性大大提高。edc\nhs可以催化羧基和氨基形成共价酰胺键。胶原蛋白分子表面有许多氨基和羧基，羧基化碳纳米管表面含有许多羧基，藻蓝蛋白具有游离的氨基和羧基。因此在edc\nhs存在下，不仅使凝胶内部羧基化碳纳米管与鱼胶原蛋白之间形成稳定的结构，加强了凝胶的稳定性和强度等特性；同时凝胶表面的羧基化碳纳米管和鱼胶原蛋白可以与藻蓝蛋白发生共价反应，将藻蓝蛋白稳定的固定于凝胶表面。而凝胶内部的碳纳米管可以起到电子传递的作用。碳纳米管经过远红外或近红外光谱辐射后，能释放大量的振动能，可以在局部产生大量热量。当辐射足够强，热量足够高时，可以导致吸附的藻蓝蛋白变性，凝胶的光敏性质丧失，因此上述材料也可以用作特殊的光开关。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.本发明方法制备的藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶具有更快的电子转移速率，较高的量子效率，近红外区有较宽的吸收带，无毒并且有很好的稳定性。利用纳米尺度的光阳极能更好的收集和传输电子，并且可以使用模块化技术降低成本。具有较高的光伏特性。

2.本发明所选用的光敏材料除了模拟自然界中的光合作用以外，同时可以和现有的天然色素敏化染料混合共敏化，增大对太阳光吸收波长的范围和吸收效率。

3.本发明以上述藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶作为敏化染料的生物大分子太阳能敏化电池。其生物大分子染料敏化太阳能电池具有成本低,制作工艺简单，无毒，环境友好。

附图说明：

图1为本发明的制备方法流程示意图；

图2为本发明的太阳能电池组件制备方法的流程图；

图3为本发明的太阳能电池组件的结构示意图；

图4为本发明的光阳极表面扫描电镜图；

图5为本发明的藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶表面扫描电镜图；

图6为本发明的100mw/cm²光强下的太阳能电池组件的i-v测试曲线图；

图7为本发明的太阳能电池组件开路电压随时间变化情况图；

图8为本发明的太阳能电池组件短路电流随时间变化情况图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具有实施方式做详细说明：

实施例1：一种藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶的制备方法，其特征在于其包括以下步骤：

提取胶原蛋白并配制成胶原蛋白水溶液：

取鱼皮加入浓度为0.2mol/l的naoh水溶液中浸泡24h以除去非胶原成分，得到脱脂鱼皮；将所述脱脂鱼皮水洗至中性后加入浓度为0.6mol/l的醋酸溶液，匀浆，4℃磁力搅拌萃取2d，12000r/min离心30min，得到的上清液为酸溶性胶原蛋白；向所述酸溶性胶原蛋白加入nacl，离心，收集沉淀溶于0.5mol/l醋酸溶液中，采用浓度为0.1mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸馏水透析2d，冻干后得到所述鱼胶原蛋白；将所述鱼胶原蛋白溶解至去离子水中，用naoh调节ph至6.0，调节鱼胶原蛋白浓度至5mg/ml,制得胶原蛋白水溶液。

配制羧基化碳纳米管溶液：

取长度为10～30μm，导电性能大于90s/cm，纯度>90%的羧基化单壁碳纳米管，溶解于含有芳香基团的非离子表面活性剂的纯水中，然后超声使其充分溶解，即得到黑色透亮的浓度为1wt%的碳纳米管溶液（碳纳米管含量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（三羟甲基氨基甲烷）缓冲液定容至60ml，过滤后得到浓度为0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻蓝蛋白溶液：

称取2g纯度>90%的藻蓝蛋白溶解于20mlph6.0的pbs（磷酸盐）缓冲液中，得到0.1mg/ml的藻蓝蛋白溶液。

藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备：

在烧杯中分别加入胶原蛋白水溶液1ml，羧基化碳纳米管溶液1ml，聚丙烯酰胺溶液2ml混合均匀，室温下超声20min，密闭抽气10min，然后分别加入1ml的体积分数为1%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.2ml的质量分数为50mg/ml的过硫酸铵溶液，使充分溶解，发生聚合反应，反应在28℃进行30min后，即制备得到胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶。

将胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶取出，置于过量藻蓝蛋白溶液中，加入5mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）和10mgn-羟基琥珀酰亚胺（nhs），在室温下避光反应过夜，取出凝胶，用去离子水冲洗，去除未交联到凝胶表面的藻蓝蛋白分子，得到藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）、所述n-羟基琥珀酰亚胺（nhs）及所述过量藻蓝蛋白溶液中参与反应藻蓝蛋白的摩尔比为1:1：2～4。

tio2电极的构建和敏化：

将纳米多孔结构光阳极和作为对电极的铂电极都固定在氟氧化锡(fto)导电玻璃基板上。使用丝网印刷法将20nm粒径尺度的球状tio2粒子沉积在已处理的fto玻璃表面，沉积厚度大约为12μm，面积约为0.24cm²，得到半导体膜（光阳极）。然后于马弗炉中500℃加热30min，使二氧化钛颗粒烧结在一起，创建一个渗透性的导电网络。光阳极电极制备后，将藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶切至合适大小，覆盖于tio2电极上。所得电极在光照条件下可直接完成太阳能到电能的转化，即可作为太阳能电池或光学传感器的电极使用。用扫描电镜对敏化后的光阳极表面进行表征，光阳极表面形成了一个有一定厚度的凝胶吸附层（图4,图5）

凝胶敏化太阳能电池的组装和性能测试：

将凝胶敏化后的光阳极和镀铂对电极（0.36cm²）通过7mm内孔直径激光切割的沙林垫片进行组装，中央形成密闭的空腔，两端固定三者结合紧密，使随后加入的电解液不渗漏。将电解液通过铂电极上的小孔注入此空腔，并均匀扩散，密封后进行测量。组装好的电池为0.24cm²工作面积的tio2光阳极，在25℃，100mw/cm²标准光照条件和75mw/cm²较低的光照条件下，使用太阳能电池iv测试系统对组装好的太阳能电池的光伏特性进行测试。结果见图6，图7，图8。结果显示，在100mw/cm²光强下，测得0.29ma/cm²的短路电流、0.36v的开路电压。凝胶电解质层由于藻蓝蛋白碳纳米管复合凝胶的存在能够使藻蓝蛋白的色素与tio2电极表面的导电性增强，使激发电子向电极的注入更加容易，能够提高光电流。

实施例2：

提取胶原蛋白并配制成胶原蛋白水溶液：

取鱼皮加入浓度为0.2mol/l的naoh水溶液中浸泡24h以除去非胶原成分，得到脱脂鱼皮；将所述脱脂鱼皮水洗至中性后加入浓度为0.6mol/l的醋酸溶液，匀浆，4℃磁力搅拌萃取2d，12000r/min离心30min，得到的上清液为酸溶性胶原蛋白；向所述酸溶性胶原蛋白加入nacl，离心，收集沉淀溶于0.5mol/l醋酸溶液中，采用浓度为0.1mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸馏水透析2d，冻干后得到所述鱼胶原蛋白；将所述鱼胶原蛋白溶解至去离子水中，用naoh调节ph至6.0，调节鱼胶原蛋白浓度至5mg/ml,制得胶原蛋白水溶液。

配制羧基化碳纳米管溶液：

取长度为10-30μm，导电性能大于90s/cm，纯度>90%的羧基化单壁碳纳米管，溶解于含有芳香基团的非离子表面活性剂的纯水中，然后超声使其充分溶解，即得到黑色透亮的浓度为1wt%的碳纳米管溶液（碳纳米管含量1wt%）。

取丙烯酰胺17.46g，甲叉丙烯酰胺0.54g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羟甲基氨基甲烷）缓冲液定容至60ml，过滤后得到浓度为0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻蓝蛋白溶液：

称取2g纯度>90%的藻蓝蛋白溶解于20mlph6.0的pbs缓冲液中，得到0.1mg/ml的藻蓝蛋白溶液。

藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备：

在烧杯中分别加入胶原蛋白水溶液1ml，羧基化碳纳米管溶液1ml，聚丙烯酰胺溶液2ml混合均匀，室温下超声20min，密闭抽气10min，然后分别加入1ml的体积分数为0.2%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.2ml的质量分数为10mg/ml的过硫酸铵溶液，使充分溶解，发生聚合反应，反应在28℃进行30min后，即制备得到胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶。

将胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶取出，置于过量藻蓝蛋白溶液中，加入5mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）和10mgn-羟基琥珀酰亚胺（nhs），在室温下避光反应过夜，取出凝胶，用去离子水冲洗，去除未交联到凝胶表面的藻蓝蛋白分子，得到藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）、所述n-羟基琥珀酰亚胺（nhs）及所述藻蓝蛋白溶液中参与反应藻蓝蛋白的摩尔比为1:1：2～4。

纳米多孔结构金电极的构建和敏化：

以纳米多孔（10-100纳米）结构的金箔片作为光阳极，铂作为对电极。用乙醇，氯仿进行20分钟超声波振动处理后，紫外臭氧消毒10分钟。光阳极电极制备后，将藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶切至合适大小，覆盖于光阳极上。所得电极在光照条件下可直接完成太阳能到电能的转化，即可作为太阳能电池或光学传感器的电极使用。

凝胶敏化太阳能电池的组装和性能测试，检测方法与结果基本同实施例1。

实施例3：

提取胶原蛋白并配制成胶原蛋白水溶液：

取鱼皮加入浓度为0.2mol/l的naoh水溶液中浸泡24h以除去非胶原成分，得到脱脂鱼皮；将所述脱脂鱼皮水洗至中性后加入浓度为0.6mol/l的醋酸溶液，匀浆，4℃磁力搅拌萃取2d，12000r/min离心30min，得到的上清液为酸溶性胶原蛋白；向所述酸溶性胶原蛋白加入nacl，离心，收集沉淀溶于0.5mol/l醋酸溶液中，采用浓度为0.1mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸馏水透析1d，冻干后得到所述鱼胶原蛋白；将所述鱼胶原蛋白溶解至去离子水中，用naoh调节ph至6.0，调节鱼胶原蛋白浓度至5mg/ml,制得胶原蛋白水溶液。

配制羧基化碳纳米管溶液：

取长度为10～30μm，导电性能大于90s/cm，纯度>90%的羧基化单壁碳纳米管，溶解于含有芳香基团的非离子表面活性剂的纯水中，然后超声使其充分溶解，即得到黑色透亮的浓度为1wt%的碳纳米管溶液（碳纳米管含量1wt%）。

取丙烯酰胺17.46g，甲叉丙烯酰胺0.54g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羟甲基氨基甲烷）缓冲液定容至60ml，过滤后得到浓度为0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻蓝蛋白溶液：

称取2g纯度>90%的藻蓝蛋白溶解于20mlph6.0的pbs缓冲液中，得到0.1mg/ml的藻蓝蛋白溶液。

藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备：

在烧杯中分别加入胶原蛋白水溶液1ml，羧基化碳纳米管溶液1ml，聚丙烯酰胺溶液2ml混合均匀，室温下超声20min，密闭抽气10min，然后分别加入1ml的体积分数为0.5%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.2ml的质量分数为30mg/ml的过硫酸铵溶液，使充分溶解，发生聚合反应，反应在28℃进行30min后，即制备得到胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶。

将胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶取出，置于过量藻蓝蛋白溶液中，加入5mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）和10mgn-羟基琥珀酰亚胺（nhs），在室温下避光反应过夜，取出凝胶，用去离子水冲洗，去除未交联到凝胶表面的藻蓝蛋白分子，得到藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）、所述n-羟基琥珀酰亚胺（nhs）及所述过量藻蓝蛋白溶液中参与反应藻蓝蛋白的摩尔比为1:1：2～4。

纳米多孔结构金银合金电极的构建和敏化：

以纳米多孔（10-100纳米）结构的金银合金箔片作为光阳极，铂作为对电极。用乙醇，氯仿进行20分钟超声波振动处理后，紫外臭氧消毒10分钟。光阳极电极制备后，将藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶切至合适大小，覆盖于光阳极上。所得电极在光照条件下可直接完成太阳能到电能的转化，即可作为太阳能电池或光学传感器的电极使用。

凝胶敏化太阳能电池的组装和性能测试，检测方法与结果基本同实施例1。

实施例4：

提取胶原蛋白并配制成胶原蛋白水溶液：

取鱼皮加入浓度为0.2mol/l的naoh水溶液中浸泡24h以除去非胶原成分，得到脱脂鱼皮；将所述脱脂鱼皮水洗至中性后加入浓度为0.5mol/l的醋酸溶液，匀浆，4℃磁力搅拌萃取2d，12000r/min离心30min，得到的上清液为酸溶性胶原蛋白；向所述酸溶性胶原蛋白加入nacl，离心，收集沉淀溶于0.5mol/l醋酸溶液中，采用浓度为0.1mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸馏水透析1d，冻干后得到所述鱼胶原蛋白；将所述鱼胶原蛋白溶解至去离子水中，用naoh调节ph至6.0，调节鱼胶原蛋白浓度至5mg/ml,制得胶原蛋白水溶液。

配制羧基化碳纳米管溶液：

取长度为10～30μm，导电性能大于90s/cm，纯度>90%的羧基化单壁碳纳米管，溶解于含有芳香基团的非离子表面活性剂的纯水中，然后超声使其充分溶解，即得到黑色透亮的浓度为1wt%的碳纳米管溶液（碳纳米管含量1wt%）。

取丙烯酰胺17.46g，甲叉丙烯酰胺0.54g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羟甲基氨基甲烷）缓冲液定容至60ml，过滤后得到浓度为0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻蓝蛋白溶液：

称取2g纯度>90%的藻蓝蛋白溶解于20mlph6.0的pbs缓冲液中，得到0.1mg/ml的藻蓝蛋白溶液。

藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备：

在烧杯中分别加入胶原蛋白水溶液1ml，羧基化碳纳米管溶液1ml，聚丙烯酰胺溶液2ml混合均匀，室温下超声20min，密闭抽气10min，然后分别加入1ml的体积分数为1%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.2ml的质量分数为50mg/ml的过硫酸铵溶液，使充分溶解，发生聚合反应，反应在28℃进行30min后，即制备得到胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶。

将胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶取出，置于过量藻蓝蛋白溶液中，加入5mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）和10mgn-羟基琥珀酰亚胺（nhs），在室温下避光反应过夜，取出凝胶，用去离子水冲洗，去除未交联到凝胶表面的藻蓝蛋白分子，得到藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）、所述n-羟基琥珀酰亚胺（nhs）及所述过量藻蓝蛋白溶液中参与反应藻蓝蛋白的摩尔比为1:1：2～4。

氧化锌纳米线电极的构建和敏化：

以纳米线（10-100纳米）结构的氧化锌作为光阳极，铂作为对电极。用乙醇，氯仿进行20分钟超声波振动处理后，紫外臭氧消毒10分钟。光阳极电极制备后，将藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶切至合适大小，覆盖于光阳极上。所得电极在光照条件下可直接完成太阳能到电能的转化，即可作为太阳能电池或光学传感器的电极使用。

凝胶敏化太阳能电池的组装和性能测试，检测方法与结果基本同实施例1。

实施例5：

提取胶原蛋白并配制成胶原蛋白水溶液：

取鱼皮加入浓度为0.3mol/l的naoh水溶液中浸泡14h以除去非胶原成分，得到脱脂鱼皮；将所述脱脂鱼皮水洗至中性后加入浓度为0.4mol/l的醋酸溶液，匀浆，4℃磁力搅拌萃取2d，12000r/min离心30min，得到的上清液为酸溶性胶原蛋白；向所述酸溶性胶原蛋白加入nacl，离心，收集沉淀溶于0.6mol/l醋酸溶液中，采用浓度为0.1mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸馏水透析1d，冻干后得到所述鱼胶原蛋白；将所述鱼胶原蛋白溶解至去离子水中，用naoh调节ph至6.0，调节鱼胶原蛋白浓度至6mg/ml,制得胶原蛋白水溶液。

配制羧基化碳纳米管溶液：

取长度为10～30μm，导电性能大于90s/cm，纯度>90%的羧基化单壁碳纳米管，溶解于含有芳香基团的非离子表面活性剂的纯水中，然后超声使其充分溶解，即得到黑色透亮的浓度为1wt%的碳纳米管溶液（碳纳米管含量1wt%）。

取丙烯酰胺16g，甲叉丙烯酰胺0.4g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羟甲基氨基甲烷）缓冲液定容至180ml，过滤后得到浓度为0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻蓝蛋白溶液：

称取3g纯度>90%的藻蓝蛋白溶解于60mlph6.0的pbs缓冲液中，得到0.05mg/ml的藻蓝蛋白溶液。

藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备：

在烧杯中分别加入胶原蛋白水溶液3ml，羧基化碳纳米管溶液2ml，聚丙烯酰胺溶液5ml混合均匀，室温下超声30min，密闭抽气20min，然后分别加入1ml的体积分数为1%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.23ml的质量分数为40mg/ml的过硫酸铵溶液，使充分溶解，发生聚合反应，反应在28℃进行50min后，即制备得到胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶。

将胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶取出，置于过量藻蓝蛋白溶液中，加入6mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）和14mgn-羟基琥珀酰亚胺（nhs），在室温下避光反应过夜，取出凝胶，用去离子水冲洗，去除未交联到凝胶表面的藻蓝蛋白分子，得到藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）、所述n-羟基琥珀酰亚胺（nhs）及所述过量藻蓝蛋白溶液中参与反应藻蓝蛋白的摩尔比为1:1：2～4。

tio2电极的构建和敏化同实施例1，凝胶敏化太阳能电池的组装和性能测试，检测方法与结果基本同实施例1。

实施例6：

提取胶原蛋白并配制成胶原蛋白水溶液：

取鱼皮加入浓度为0.1mol/l的naoh水溶液中浸泡48h以除去非胶原成分，得到脱脂鱼皮；将所述脱脂鱼皮水洗至中性后加入浓度为0.5mol/l的醋酸溶液，匀浆，4℃磁力搅拌萃取2d，10000r/min离心30min，得到的上清液为酸溶性胶原蛋白；向所述酸溶性胶原蛋白加入nacl，离心，收集沉淀溶于0.8mol/l醋酸溶液中，采用浓度为0.1mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸馏水透析2d，冻干后得到所述鱼胶原蛋白；将所述鱼胶原蛋白溶解至去离子水中，用naoh调节ph至6.0，调节鱼胶原蛋白浓度至7mg/ml,制得胶原蛋白水溶液。

配制羧基化碳纳米管溶液：

取长度为20～50μm，导电性能大于100s/cm，纯度>90%的羧基化单壁碳纳米管，溶解于含有芳香基团的非离子表面活性剂的纯水中，然后超声使其充分溶解，即得到黑色透亮的浓度为1wt%的碳纳米管溶液（碳纳米管含量1wt%）。

取丙烯酰胺14g，甲叉丙烯酰胺0.5g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羟甲基氨基甲烷）缓冲液定容至200ml，过滤后得到浓度为0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻蓝蛋白溶液：

称取8g纯度>90%的藻蓝蛋白溶解于20mlph6.0的pbs缓冲液中，得到0.4mg/ml的藻蓝蛋白溶液。

藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备：

在烧杯中分别加入胶原蛋白水溶液3ml，羧基化碳纳米管溶液6ml，聚丙烯酰胺溶液3ml混合均匀，室温下超声50min，密闭抽气15min，然后分别加入3ml的体积分数为1%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.4ml的质量分数为20mg/ml的过硫酸铵溶液，使充分溶解，发生聚合反应，反应在38℃进行15min后，即制备得到胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶。

将胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶取出，置于过量藻蓝蛋白溶液中，加入5mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）和10mgn-羟基琥珀酰亚胺（nhs），在室温下避光反应过夜，取出凝胶，用去离子水冲洗，去除未交联到凝胶表面的藻蓝蛋白分子，得到藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）、所述n-羟基琥珀酰亚胺（nhs）及所述过量藻蓝蛋白溶液中参与反应藻蓝蛋白的摩尔比为1:1：2～4。

tio2电极的构建和敏化同实施例1，凝胶敏化太阳能电池的组装和性能测试，检测方法与结果基本同实施例1。

实施例7：

提取胶原蛋白并配制成胶原蛋白水溶液：

取鱼皮加入浓度为0.1mol/l的naoh水溶液中浸泡44h以除去非胶原成分，得到脱脂鱼皮；将所述脱脂鱼皮水洗至中性后加入浓度为0.3mol/l的醋酸溶液，匀浆，4℃磁力搅拌萃取2d，10000r/min离心30min，得到的上清液为酸溶性胶原蛋白；向所述酸溶性胶原蛋白加入nacl，离心，收集沉淀溶于0.6mol/l醋酸溶液中，采用浓度为0.2mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸馏水透析2d，冻干后得到所述鱼胶原蛋白；将所述鱼胶原蛋白溶解至去离子水中，用naoh调节ph至6.0，调节鱼胶原蛋白浓度至7mg/ml,制得胶原蛋白水溶液。

配制羧基化碳纳米管溶液：

取长度为20～50μm，导电性能大于100s/cm，纯度>90%的羧基化单壁碳纳米管，溶解于含有芳香基团的非离子表面活性剂的纯水中，然后超声使其充分溶解，即得到黑色透亮的浓度为1wt%的碳纳米管溶液（碳纳米管含量1wt%）。

取丙烯酰胺20g，甲叉丙烯酰胺0.7g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羟甲基氨基甲烷）缓冲液定容至325ml，过滤后得到浓度为0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻蓝蛋白溶液：

称取12g纯度>90%的藻蓝蛋白溶解于40mlph6.0的pbs缓冲液中，得到0.3mg/ml的藻蓝蛋白溶液。

藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备：

在烧杯中分别加入胶原蛋白水溶液5ml，羧基化碳纳米管溶液5ml，聚丙烯酰胺溶液6ml混合均匀，室温下超声26min，密闭抽气16min，然后分别加入1ml的体积分数为0.3%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.3ml的质量分数为10mg/ml的过硫酸铵溶液，使充分溶解，发生聚合反应，反应在28℃进行30min后，即制备得到胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶。

将胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶取出，置于过量藻蓝蛋白溶液中，加入15mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）和60mgn-羟基琥珀酰亚胺（nhs），在室温下避光反应过夜，取出凝胶，用去离子水冲洗，去除未交联到凝胶表面的藻蓝蛋白分子，得到藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）、所述n-羟基琥珀酰亚胺（nhs）及所述过量藻蓝蛋白溶液中参与反应藻蓝蛋白的摩尔比为1:1：2～4。

纳米多孔结构金电极的构建和敏化同实施例2，凝胶敏化太阳能电池的组装和性能测试，检测方法与结果基本同实施例1。

实施例8：

提取胶原蛋白并配制成胶原蛋白水溶液：

取鱼皮加入浓度为0.3mol/l的naoh水溶液中浸泡24h以除去非胶原成分，得到脱脂鱼皮；将所述脱脂鱼皮水洗至中性后加入浓度为0.9mol/l的醋酸溶液，匀浆，4℃磁力搅拌萃取2d，12000r/min离心30min，得到的上清液为酸溶性胶原蛋白；向所述酸溶性胶原蛋白加入nacl，离心，收集沉淀溶于0.8mol/l醋酸溶液中，采用浓度为0.1mol/l的醋酸溶液透析1d，再用蒸馏水透析3d，冻干后得到所述鱼胶原蛋白；将所述鱼胶原蛋白溶解至去离子水中，用naoh调节ph至6.0，调节鱼胶原蛋白浓度至9mg/ml,制得胶原蛋白水溶液。

配制羧基化碳纳米管溶液：

取长度为20～60μm，导电性能大于100s/cm，纯度>90%的羧基化单壁碳纳米管，溶解于含有芳香基团的非离子表面活性剂的纯水中，然后超声使其充分溶解，即得到黑色透亮的浓度为1wt%的碳纳米管溶液（碳纳米管含量1wt%）。

取丙烯酰胺40g，甲叉丙烯酰胺1g，用ph6.8的0.5mol/ltris/hcl（三羟甲基氨基甲烷）缓冲液定容至375ml，过滤后得到浓度为0.3g/ml的聚丙烯酰胺溶液于棕色瓶4°c保存。

配制藻蓝蛋白溶液：

称取15g纯度>90%的藻蓝蛋白溶解于50mlph6.0的pbs缓冲液中，得到0.3mg/ml的藻蓝蛋白溶液。

藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备：

在烧杯中分别加入胶原蛋白水溶液5ml，羧基化碳纳米管溶液6ml，聚丙烯酰胺溶液8ml混合均匀，室温下超声70min，密闭抽气20min，然后分别加入2ml的体积分数为1%的四甲基二乙胺（temed）溶液和0.2ml的质量分数为50mg/ml的过硫酸铵溶液，使充分溶解，发生聚合反应，反应在28℃进行30min后，即制备得到胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶。

将胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合水凝胶取出，置于过量藻蓝蛋白溶液中，加入5mg1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）和10mgn-羟基琥珀酰亚胺（nhs），在室温下避光反应过夜，取出凝胶，用去离子水冲洗，去除未交联到凝胶表面的藻蓝蛋白分子，得到藻蓝蛋白/胶原蛋白/羧基化碳纳米管/聚丙烯酰胺复合凝胶。

所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（edc）、所述n-羟基琥珀酰亚胺（nhs）及所述过量藻蓝蛋白溶液中参与反应藻蓝蛋白的摩尔比为1:1：2～4。

氧化锌纳米线电极的构建和敏化同实施例4，凝胶敏化太阳能电池的组装和性能测试，检测方法与结果基本同实施例1。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。