基于离子通道原理的集成化电流型电化学传感器的研究

离子通道电化学传感器模拟了细胞膜中配体门控的离子通道识别功能，并具有电化学方法的仪器简便、灵敏度高、易于微型化和集成化等优点，在电分析化学的研究中具有重要意义。本项目拟针对基于离子通道原理的电化学传感器中存在的关键科学问题，基于界面电化学和电分析化学以及离子通道原理，并利用受体与电化学探针在电极表面共修饰方法，提出并建立了受体和探针在电极表面共固定而构建集成化电流型电化学传感器的新原理和新方法。拟开展的内容包括：选择和优化可弯曲柔性长链，研究其连接电化学探针的界面电子转移；研究长链连接探针与巯基化受体在电极表面的共修饰，研究探针与受体之间的相互作用和受体与待分析物之间的相互作用及其对探针的界面电子转移的影响；研究集成化离子通道电化学传感器的分析性能及实际应用。本项目的研究不仅为新型电化学生物传感器的研究提供新的思路，也将为基于仿生原理分析化学新方法的提出和建立提供有用的借鉴。

本项目中，我们围绕离子通道电化学传感器研究中存在的关键科学问题，系统地开展了基于电极表面纳米结构构筑的纳米电分析化学新体系研究。具体而言，我们围绕电极表面离子通道的构造展开研究，进而发展和建立了多种基于有机聚合物和无机纳米材料的离子通道电分析化学新体系。这些新体系包括甲基巯基笓/碳纳米管修饰微电极、聚多巴胺薄膜修饰的K+离子通道电极、基于多巴胺聚合物离子通道修饰的普鲁士蓝过氧化氢选择性响应电极、普鲁士蓝/碳纳米管pH应激响应型复合电极、纳孔结构金薄膜和纳孔碳壁的大内径碳纳米管阵列薄膜。在本项目中，我们研究了巯基化合物与碳纳米管在微盘电极表面的修饰及跨膜长程电子转移现象。还研究了柔性聚多巴胺薄膜修饰的K+离子通道电极，推翻了之前文献中关于聚多巴胺薄膜当厚度超过45 nm之后不再具有渗透性的观点，指出了柔性聚多巴胺薄膜内部存在广泛联通微孔的结构特点，以及在薄膜内部始终存在有K+离子通道；并据此构建了过氧化氢的选择性电化学传感器用于细胞释放过氧化氢的检测。进一步地，研究了聚多巴胺薄膜的碳化制备纳孔碳壁的大内径碳纳米管阵列薄膜，该碳管薄膜有望发展出新型的离子通道电极。