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要保持正常的细胞功能和多种生理活动,细胞膜上的离子转移必不可少。模拟生物膜的模型多种多样,其中液/液界面是最简单的模型之一。液/液界面电化学领域异军突起,其核心问题是研究电子或离子的转移过程,该领域在过去三十多年里取得了非常迅速的发展,在模拟生物膜机能,研究药物传输、相转移催化、化学传感机理、萃取过程方面都具备很好的前景。而介孔二氧化硅的结构非常稳定,比表面积较大,孔隙度高,生物相容性相对较好,孔的内外表面可修饰不同的生物功能分子和化学官能团等,也能够用来很好地模拟生物膜。因此,用介孔二氧化硅材料构建微液/液界面用来研究离子转移过程对于认识、理解生命现象,以及生物体内物质代谢与离子跨膜转移过程都是非常重要的。本论文主要包括以下四部分内容:1.叙述了纳米通道中的质量传输过程中的基本原理和理论,简单介绍了垂直有序排列的介孔二氧化硅薄膜修饰电极及液/液界面电化学研究,探讨了液/液界面电荷转移反应类型和机理,以及微液/液界面的构建方法和研究中的电化学技术等。2.本章采用St?ber溶液生长法在ITO上制备了垂直有序排列的介孔二氧化硅,将其看做二氧化硅纳米腔阵列电极,将含有表面活性剂胶束的电极标记为MSNCA/ITO,不含胶束的电极标记为SNCA/ITO,其孔径约为2~3 nm,纳米腔表面有硅羟基(-Si OH)的存在,因此溶液的p H值对其电荷特性有很大的影响。在实验过程中,将扫描电化学显微镜(SECM)作为研究手段,采用四电极体系,对比研究了三种带不同电荷的氧化还原电对(Fe(CN)63-,Fc CH2OH,Ru(NH3)63+)分别在两种纳米腔电极上的选择渗透性。由于纳米通道的电荷效应,通过控制SECM探针与基底的电位以及调节溶液的p H值,成功地达到了调控离子分子选择性渗透的目的。3.本章中将SNCA/ITO电极作为一种新型的液/液界面纳米腔阵列电极,用于模拟生物系统中复杂的离子转移行为,并运用SECM成功地检测到了良好的离子转移电信号。通过水溶液的p H值和离子强度改变了该纳米腔阵列电极纳米腔表面的电荷性质,从而实现了钾离子和钠离子的调控性转移。由于不同离子与带电区域之间的静电作用不同,纳米腔阵列电极对低电负性的碱金属离子具有更明显的选择性。4.本章在SNCA/ITO电极的纳米腔中修饰了3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APTMS),成功制备了氨基功能化的纳米腔阵列电极ASNCA/ITO。p H可以调控纳米腔表面-NH2的质子化程度,从而使其电荷性质发生变化,因此,该电极为p H响应型的纳米腔阵列电极。利用在不同p H值溶液中氨基荷电性质的差异以及离子强度对限制扩散区域的影响,调控了离子在纳米腔中的转移。