離子通過(guò)離子通道轉(zhuǎn)移反應(yīng)的研究.pdf

1、生物膜的形成對(duì)生命的進(jìn)化有著特殊意義,它是非細(xì)胞生物與細(xì)胞生物的一個(gè)重要的分界點(diǎn)。生物膜保持著細(xì)胞內(nèi)各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)有序性,它與細(xì)胞內(nèi)的能量代謝、細(xì)胞和外界環(huán)境的物質(zhì)交換、蛋白質(zhì)等大分子的生物合成及信息傳遞等重要過(guò)程有著密切關(guān)系。電荷運(yùn)動(dòng)是生命現(xiàn)象的基本過(guò)程,也是生物膜的基本特征。液/液界面被認(rèn)為是最簡(jiǎn)單的模擬生物膜的模型,其界面上的電荷(電子、離子)轉(zhuǎn)移過(guò)程是目前電化學(xué)和電分析化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。離子轉(zhuǎn)移是電荷轉(zhuǎn)移中最簡(jiǎn)單的一類(lèi),也

2、是溶液萃取,相轉(zhuǎn)移催化,電滲析及生命科學(xué)等諸多領(lǐng)域中常見(jiàn)的物理化學(xué)過(guò)程。生物膜上的離子轉(zhuǎn)移不僅維持著活體細(xì)胞正常的新陳代謝活動(dòng),還與神經(jīng)興奮與傳導(dǎo),中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控功能,心臟搏動(dòng),平滑肌蠕動(dòng),骨骼肌收縮,激素分泌等多種生命活動(dòng)過(guò)程密切相關(guān)。因此,研究生物膜上離子轉(zhuǎn)移的過(guò)程,建立合理完善的界面過(guò)程動(dòng)力學(xué)理論,對(duì)于認(rèn)識(shí)、理解許多離子跨膜轉(zhuǎn)移機(jī)制,揭示生命過(guò)程的奧秘具有重要的意義。
　　本文結(jié)合上世紀(jì)80年代末Bard等人提出并發(fā)展的

3、掃描電化學(xué)顯微鏡(Scanning Electrochemical Microscope, SECM)技術(shù),Girault等人借鑒微電極技術(shù)構(gòu)造的微液滴和微孔支撐的液/液界面以及今年來(lái)發(fā)展起來(lái)的微滴法(Droplets),研究了金屬離子在仿生界面上的離子轉(zhuǎn)移過(guò)程。主要研究?jī)?nèi)容包括：⑴回顧了液/液界面電化學(xué)的發(fā)展歷史,介紹了液/液界面電化學(xué)的基本理論及研究方法,詳述了微滴法、離子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的原理及其在界面電化學(xué)研究中的應(yīng)用。⑵將氧化鋁模板(

4、AAO)修飾在液/液界面上模擬離子通道,以二苯并十八冠六(DB18C6)作為有機(jī)相中的離子載體,以K+為水相中的反應(yīng)物,通過(guò)控制氧化鋁模板的孔徑我們得到了一系列K+通過(guò)該通道轉(zhuǎn)移的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù),觀(guān)察到了離子通過(guò)離子通道的動(dòng)態(tài)過(guò)程,離子通過(guò)該通道轉(zhuǎn)移的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)速率常數(shù)與離子通道,也就是氧化鋁模板的孔徑有著密切關(guān)系。這些研究有助于我們更好地探究界面離子轉(zhuǎn)移機(jī)理,以及認(rèn)識(shí)生命過(guò)程中金屬離子跨膜轉(zhuǎn)移機(jī)理。⑶采用微滴法與掃描電化學(xué)顯微鏡研究

5、了冠醚加速金屬離子在界面上的轉(zhuǎn)移反應(yīng),由于離子液體作支持電解質(zhì)大大的拓寬了我們所研究的電位窗口,使得我們?cè)诮缑嫔铣晒Φ赜^(guān)察到了鎂離子的轉(zhuǎn)移反應(yīng),發(fā)現(xiàn)當(dāng)微管中鉀離子或者鎂離子的濃度遠(yuǎn)高于有機(jī)相中DB18C6的濃度時(shí),電流主要受DB18C6的擴(kuò)散所控制,同時(shí)我們還得出了該體系下鉀離子與鎂離子在界面上轉(zhuǎn)移的相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)參數(shù)。⑷采用一種厚有機(jī)液膜(離子液體)修飾固體電極的方法來(lái)研究離子轉(zhuǎn)移伏安。通過(guò)此方法,我們可以采用最為普通的TCNQ