超冷水溶液电化学基础及应用研究

Water is the carrier of life on the earth. When the ambient temperature falls below freezing point, ice is formed outside the cell, resulting in the increase of the electrolyte concentration and hence cell death due to dehydration. However, the phenomena that some mammalian body temperature below zero is still able to survive, has aroused great interest. This project intends to build a device with unique thermal conduction structure to form a steady-state supercooled local area at the junction of the micro-disk electrode and the aqueous solution, or called a supercooled electrode. In the low salt environment suitable for life, studying the basic phenomena of (bio) electrochemistry in a temperature window between zero and minus 40 degrees has important scientific significance to the realizing the phenomenon and creating new methods of bioelectrochemical sensing. It is expected to apply for 2-3 patents and publish 7-10 high level of academic papers.

水是构建地球生命的载体。当环境温度降到冰点以下时，冰晶的形成会使细胞外电解质浓度升高导致细胞脱水死亡。但某些哺乳动物的体温在零度以下依然能够存活的生命现象引起了人们极大的兴趣。本项目拟构建独特热传导结构装置，在微盘电极与水溶液的交界处制造一个局域稳态超冷区域，制成超冷电极，在适合生命活动的低盐环境中、在超冷水存在的温度窗口（零度到零下40度）范围内研究（生物）电化学的基本现象和规律。这对人们认识低温环境下的生命现象以及创建生物电化学传感新方法具有重要的科学意义和应用价值。拟申请相关专利2-3项，发表高水平SCI收录学术论文7-10篇。

水是构建地球生命的载体。当环境温度降到冰点以下时，冰晶的形成会使细胞外电解质浓度升高导致细胞脱水死亡。但某些哺乳动物的体温在零度以下依然能够存活的生命现象引起了人们极大的兴趣。本项目构建了几种独特热传导结构装置，在微盘电极与水溶液的交界处制造一个局域稳态超冷区域，制成超冷电极，包括半导体制冷-夹心式冷热交变电极、微带石墨冷热电极、锥形结构超冷电极以及微通道超冷电极。另外，通过电极旋转产生对流创造局域稳态超冷环境，和半导体制冷-旋转超冷电极。在适合生命活动的低盐环境中、在超冷水存在的温度窗口（零度到零下40度）范围内究（生物）电化学的基本现象和规律。这对人们认识低温环境下的生命现象以及创建生物电化学传感新方法具有重要的科学意义和应用价值。. 项目中利用半导体制冷片制作了夹心式冷热交变电极并在超冷电极修饰上辣根过氧化氢酶，首次研究辣根过氧化氢酶在超冷水溶液的电化学行为，发现辣根过氧化氢酶在零下9度的过冷水溶液中依然能够催化过氧化氢还原。制作了新型的微带石墨冷热电极,并通过建立一个理论模型来计算电极表面的温度，利用该电极将铁氰化钾的扩散活化能数据从大于0度延伸到了零下10度，并首次研究了核黄素在超冷环境中的电化学行为。制作了3种结构的微腔体超冷电极，将最低超冷温度延伸到-18度。制作了基于铜锥结构的超冷电极，首次研究了葡萄糖在超冷水溶液的电化学行为。制作液氮制冷-旋转超冷电极和半导体制冷-旋转超冷电极，研究发现随着转速的变大，旋转超冷电极的最低过冷温度变得更低。