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《西北师范大学》 2013年
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离子通过离子通道转移反应的研究

李瑶  
【摘要】:生物膜的形成对生命的进化有着特殊意义,它是非细胞生物与细胞生物的一个重要的分界点。生物膜保持着细胞内各个部分的结构有序性,它与细胞内的能量代谢、细胞和外界环境的物质交换、蛋白质等大分子的生物合成及信息传递等重要过程有着密切关系。电荷运动是生命现象的基本过程,也是生物膜的基本特征。液/液界面被认为是最简单的模拟生物膜的模型,其界面上的电荷(电子、离子)转移过程是目前电化学和电分析化学领域的研究热点之一。离子转移是电荷转移中最简单的一类,也是溶液萃取,相转移催化,电渗析及生命科学等诸多领域中常见的物理化学过程。生物膜上的离子转移不仅维持着活体细胞正常的新陈代谢活动,还与神经兴奋与传导,中枢神经系统的调控功能,心脏搏动,平滑肌蠕动,骨骼肌收缩,激素分泌等多种生命活动过程密切相关。因此,研究生物膜上离子转移的过程,建立合理完善的界面过程动力学理论,对于认识、理解许多离子跨膜转移机制,揭示生命过程的奥秘具有重要的意义。 本文结合上世纪80年代末Bard等人提出并发展的扫描电化学显微镜(Scanning Electrochemical Microscope, SECM)技术,Girault等人借鉴微电极技术构造的微液滴和微孔支撑的液/液界面以及今年来发展起来的微滴法(Droplets),研究了金属离子在仿生界面上的离子转移过程。 本论文共分为四部分,主要包括以下内容: 1.简要地回顾了液/液界面电化学的发展历史,介绍了液/液界面电化学的基本理论及研究方法,详述了微滴法、离子转移反应的原理及其在界面电化学研究中的应用。 2.在本章中,我们将氧化铝模板(AAO)修饰在液/液界面上模拟离子通道,以二苯并十八冠六(DB18C6)作为有机相中的离子载体,以K+为水相中的反应物,通过控制氧化铝模板的孔径我们得到了一系列K+通过该通道转移的热力学和动力学数据,观察到了离子通过离子通道的动态过程,离子通过该通道转移的标准反应速率常数与离子通道,也就是氧化铝模板的孔径有着密切关系。这些研究有助于我们更好地探究界面离子转移机理,以及认识生命过程中金属离子跨膜转移机理。 3.本章采用微滴法与扫描电化学显微镜研究了冠醚加速金属离子在界面上的转移反应,由于离子液体作支持电解质大大的拓宽了我们所研究的电位窗口,使得我们在界面上成功地观察到了镁离子的转移反应,发现当微管中钾离子或者镁离子的浓度远高于有机相中DB18C6的浓度时,电流主要受DB18C6的扩散所控制,同时我们还得出了该体系下钾离子与镁离子在界面上转移的相应的动力学与热力学参数。 4.在本篇文章里,我们采用了一种厚有机液膜(离子液体)修饰固体电极的方法来研究离子转移伏安。通过此方法,我们可以采用最为普通的TCNQ电活性物质作为分子探针,并且成功实现了强亲水离子转移伏安的研究。此方法的优点在于它不受传统狭窄电势窗的影响,可以评估那些在单极化界面研究体系中,离子转移伏安行为通常位于电位窗口末端的离子,除此之外,离子液体作为有机相溶剂避免了其他有毒性有机溶剂的引入,同时使得有机相中不再需要支持电解质。
【学位授予单位】:西北师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:O646

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【参考文献】
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