基于双锥形微米管的电化学整流研究及应用

Ion channel on the cell membrane is a key path through which cell exchange materials with the surrounding environment, and it is ionic current rectification (ICR) that plays a decisive role in the precise control of ion channel. The study on ICR has very important scientific significance and application value for both understanding of the mechanism of membrane ion channel and the fabrication of bionic nano-devices. However, there are few research groups who focus on the study of ICR at home and abroad. The main reasons lie in some problems from ICR fabrication into mechanism until application, including complication and high cost, non-unified theories and incomplete characterization parameter, limited and expensive applications. For solving the above-mentioned problems, this proposal aims to fabricate a simple, cheap and bi-directional ICR system based on the integration of biconical micron-pipette, working electrode and reference electrode. Moreover, it will integrate and improve the present theories by proposing a new ICR characterization parameter, with reference value and theoretical basis for developing novel and unique ICR sensor.

细胞膜上的离子通道是细胞与周围环境进行物质交换的重要途径，而对离子通道的"掌控"起决定性作用的正是电化学整流。电化学整流的研究对于深入理解细胞膜离子通道的作用机理，以及仿生纳米器件的构筑具有非常重要的科学意义和应用价值。目前国内外研究电化学整流的课题组并不多，其原因主要是在从电化学整流体系的构建到电化学整流机理的推导，直至电化学整流的应用都面临着一些问题：体系的构建复杂、成本高；相关理论不统一、表征参数不全面；应用领域有限、不经济等。因此，我们拟针对上述问题，提出以程序可控的激光拉制仪来制备双锥形微米管，将电化学整流通道、工作电极和参比电极三方融合至双锥形微米管中，以此构建简单经济、可双向调控的电化学整流体系，系统研究其中的作用机理，通过提出新的电化学整流表征参数来整合、完善现有理论，为发展新型而有特色的电化学整流传感器提供重要的参考价值和理论依据。

细胞膜上的离子通道是细胞与周围环境进行物质交换的重要途径，而对离子通道的“掌控”起决定性作用的正是电化学整流。电化学整流的研究对于深入理解细胞膜离子通道的作用机理，以及仿生纳米器件的构筑具有非常重要的科学意义和应用价值。与单锥形通道相比，双锥形通道的形状更加接近于细胞膜的离子通道，对双锥形通道的电化学整流的研究在生物学上因而也更具科学意义和实用价值。本项目发展了制备双锥形微米管（通道）的新方法，并且将电化学整流通道、工作电极和参比电极三方融合至双锥形微米管中，以此构建了简单经济、可双向调控的电化学整流体系，系统研究了其中的作用机理；还采用多种材料对双锥形微米管内壁进行了不对称修饰，详细研究了其中的整流现象，并推测了整流产生的机理；利用双锥形微米管中间部位体积极小的特点发展了小型化的电化学传感装置，并成功用于实际样品的检测。此外，本项目在碳纳米管手性电化学传感器研究、基于毛细管电泳技术的磷酸铁锂电池生产质量监控以及细胞内痕量Cu(I)和Cu(II)的毛细管电泳检测新方法研究方面也取得了一些有价值的结果。本项目工作对电化学整流体系和理论的研究是重要的补充，并且为发展新型而有特色的电化学整流传感器提供了重要参考和理论依据。