化學(xué)所在聚合物刷功能化微米管整流方面取得新進(jìn)展

　　離子電流整流是一種物理現(xiàn)象，指的是在相同的電壓驅(qū)動(dòng)下，正向和逆向的離子電流大小不同，這種不同主要由生物或納米結(jié)構(gòu)離子通道中陰陽離子的不對(duì)稱傳輸所引起。近年來，離子電流整流因其不僅具有重要的理論研究意義，而且在生物電化學(xué)傳感器、流體邏輯電路、納米離子學(xué)等領(lǐng)域中也具有潛在應(yīng)用價(jià)值，而受到廣泛的關(guān)注。但是，絕大部分的整流現(xiàn)象是在納米尺度的體系中被觀察到的，當(dāng)孔的直徑大于Debye長(zhǎng)度的10倍時(shí)，很難觀察到整流現(xiàn)象。而在微米尺度上的整流更是鮮見報(bào)道。

　　在科技部、國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院的大力支持下，中科院化學(xué)研究所活體分析化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員于萍等科研人員在聚合物刷功能化微米管整流方面取得新進(jìn)展。他們通過表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的方法，在玻璃微米管的內(nèi)表面實(shí)現(xiàn)了聚咪唑陽離子刷的可控修飾，并通過利用聚咪唑陽離子刷功能化的微米管，率先觀察到了微米尺度的整流。在10 mM氯化鉀溶液中，離子整流最明顯，此時(shí)微米管半徑(5 μm) 與Debye長(zhǎng)度(3 nm)的比值為1670。改用帶負(fù)電的聚苯乙烯磺酸鈉刷功能化微米管時(shí)，發(fā)現(xiàn)整流發(fā)生反轉(zhuǎn)，證明聚合物功能化微米管整流與聚合物的所帶電荷相關(guān)。

　　為了更進(jìn)一步理解所觀察到的聚合物刷功能化微米管的整流行為，他們提出了同時(shí)適用于微米和納米尺度整流的新模型，即“三層”理論模型。利用所提出的模型，他們解釋了聚合物刷功能化微米管中產(chǎn)生整流的原因，將離子整流由納米尺度拓寬到了微米尺度。同時(shí)，他們也通過利用有限元模擬，證實(shí)了“三層”模型的有效性。由于微米管相對(duì)于納米管來說，具有相對(duì)容易的表面功能化性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)操作性，因此可以更容易發(fā)展成為一種新型的活體電分析化學(xué)方法，為活體分析化學(xué)的研究提供了新的思路。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《美國化學(xué)會(huì)志》（J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 1396-1399）。

　　微米管的整流模型——“三層”理論實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?A)和有限元模擬結(jié)果(B)