科学家在聚合物刷功能化微米管整流方面取得新进展

摘要: 　　离子电流整流是一种物理现象，指的是在相同的电压驱动下，正向和逆向的离子电流大小不同，这种不同主要由生物或纳米结构离子通道中阴阳离子的不对称传输所引起。近年来，离子电流整流因其不仅具有重要的理论学习 ...

　　离子电流整流是一种物理现象，指的是在相同的电压驱动下，正向和逆向的离子电流大小不同，这种不同主要由生物或纳米结构离子通道中阴阳离子的不对称传输所引起。近年来，离子电流整流因其不仅具有重要的理论学习意义，而且在生物电化学传感器、流体逻辑电路、纳米离子学等领域中也具有潜在应用价值，而受到广泛的关注。但是，绝大局部的整流现象是在纳米尺度的体系中被观察到的，当孔的直径大于Debye长度的10倍时，很难观察到整流现象。而在微米尺度上的整流更是鲜见报道。
　　在科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的大力支持下，中科院化学学习所活体分析化学重点实验室学习员于萍等科研人员在聚合物刷功能化微米管整流方面取得新进展。他们通过表面引发原子转移自由基聚合的方法，在玻璃微米管的内表面实现了聚咪唑阳离子刷的可控修饰，并通过利用聚咪唑阳离子刷功能化的微米管，率先观察到了微米尺度的整流。在10 mM氯化钾溶液中，离子整流最明显，此时微米管半径(5 μm) 与Debye长度(3 nm)的比值为1670。改用带负电的聚苯乙烯磺酸钠刷功能化微米管时，发现整流发生反转，证明聚合物功能化微米管整流与聚合物的所带电荷相关。
　　为了更进一步理解所观察到的聚合物刷功能化微米管的整流行为，他们提出了同时适用于微米和纳米尺度整流的新模型，即“三层”理论模型。利用所提出的模型，他们解释了聚合物刷功能化微米管中产生整流的原因，将离子整流由纳米尺度拓宽到了微米尺度。同时，他们也通过利用有限元模拟，证实了“三层”模型的有效性。由于微米管相对于纳米管来说，具有相对容易的表面功能化性质和实验操作性，因此可以更容易发展成为一种新型的活体电分析化学方法，为活体分析化学的学习提供了新的思路。相关结果发表于美国化学会志（J. Am. Chem. Soc. 2017， 139， 1396-1399）。
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