单微纳米乳滴电化学

Electrochemistry of single nanoparticle collision on ultramicroelectrode inaugurated a new approach to investigate nanoparticle, while single micro/nano emulsion droplet collision electrochemistry has become a prevalent micro-nano electrochemical subject in recent years. So far, it has revealed some thermodynamic and kinetic properties of single micro-nano emulsion droplet when it was in the electrode surface or under the action of electric field. In this research, Fourier Transform Fast Scan Cyclic Voltammetry/Fourier Transform Sinusoidal Voltammetry were selected as detection and analysis method to study the electrochemistry of single micro/nano emulsion droplet collision prepared by different organic solvent, taking advantage of stronger resolution and more abundant information than chronoamperometry. By means of its unique potential resolved ability, a methodology for the study of ion transfer across liquid-liquid interface on a single micro/nano emulsion droplet surface can be established. Finally, the field of research can be broadened to investigate the assisted ion transfer on a single micro/nano emulsion droplet and the heterogeneous transition electrochemistry of biological macromolecules. The research has valuable application in the field of organic phase transfer catalysis, colloidal and nano science, ion sensors, microfluidic analysis, vesicle-based drug secretion, endocytosis analysis, and so forth.

单纳米粒子在超微电极上随机碰撞的电化学研究开创了纳米粒子研究的新方法。而单微纳米乳滴碰撞电化学是近年来开始热门的微纳米电化学研究课题，对其进行研究能揭示单微纳米乳滴在电极表面或电场作用下的热力学及动力学性质。傅里叶变换快速扫描伏安法/正弦伏安法与传统恒电位法相比具有更强的分辨能力，能得到更加丰富的检测信息，因此我们利用傅里叶变换快速扫描伏安法/正弦伏安法对不同有机溶剂制备的单微纳米乳滴在超微电极上的碰撞进行识别判断，利用其特有的电位分析能力研究乳液/水界面的液-液界面离子转移，建立单微纳米乳滴上液-液界面离子转移研究方法。最后，该研究领域可以拓宽到对单微纳米乳液上加速离子转移以及生物大分子的非均相转移电化学的研究。该研究对于有机相转移催化、纳米胶体化学、离子传感器、微流体分析、生物过程如以囊泡为基质的药物分泌及胞吞胞吐分析等方面具有重要的检测应用价值。

微纳米乳滴广泛存在于自然界和人类生活中，然而目前一直缺乏一种直接揭示单个微纳米乳滴内含物的表征方法。本项目构建了一种以单个微纳米乳滴为研究对象的电化学传感器，该传感器以微米管支持的液-液界面为检测平台，以快速扫描伏安法为分析方法，针对单个微纳米乳滴内部包含的离子/生物大分子等进行高灵敏选择性检测。分析了不同离子转移的形式电位值、动力学、热力学等参数；借助有限元模拟分析单乳滴融合的伏安响应变化，揭示乳滴融合过程的形貌、尺寸、内部离子的扩散系数等参数；展示了多巴胺、鱼精蛋白等生物分子在界面上的加速转移过程，为单乳滴内生物分子的定性定量检测提供潜在可能。此外，单乳滴与液-液界面碰撞/融合的容性电化学响应也进行了深入研究，揭示了液-液界面电荷重排的机理，并提供一种表征乳滴粒径、表面电荷、界面电容的新方法。另外还建立了纳米水-二氯乙烷界面的药物电化学传感器，定性和定量检测了两种神经类药物氯丙嗪和异丙嗪，提供一种评价药物脂溶性、膜穿透性的方案，并取得良好的定量检测结果。最后在单微纳米粒子研究中也取得重要成果，将傅里叶变换大振幅伏安法与纳米孔系统联用，利用响应电流各次谐波的性质及基频信号的规律，以提高阻抗脉冲法对尺寸相似的不同纳米粒子的检测效率，成功实现了几何形状相似的二氧化硅、金、银三种纳米粒子的高选择性检测；通过监测H2O2催化分解产生的O2气泡来评估和比较具有不同形态的单一MnO2催化剂颗粒，并引入有限元模拟来说明纳米孔中的流速和气泡引起的电流变化。并且通过计算O2的产生率和体积，研究了球形和立方体MnO2的催化能力的差异。以上研究开辟了针对揭示单个微纳米非均相体系性质、反应动力学和热力学的电化学研究方向，有望在痕量物质检测、单颗粒、单脂质体、胶团、囊泡、细胞检测等研究热点方向做出重要贡献。