一种测定氧化还原电对在不同孔道大小的赖氨酸自组装膜电极界面的电子转移速率的方法与流程

本发明涉及一种测定氧化还原电对在不同孔道大小的赖氨酸自组装膜电极界面的电子转移速率的方法，属于固/液界面电化学领域。

背景技术：

电子转移是生命活动的基本过程，生物体的大部分生命活动如血红蛋白的载氧过程、叶绿体中的光合作用、线粒体中的呼吸作用等都和电子转移过程密切相关，并且多数生命过程都是在生物膜上发生的。因此研究生物膜上的电子转移对于认识、理解、掌握许多重要的生理过程，揭示生物体内物质能量和代谢的过程具有重要意义。

氨基酸作为天然小分子化合物在人体内广泛存在，是构成蛋白质的基本组成单位，众所周知，蛋白质是人体内生物膜的构成主体，所以构建氨基酸膜类电极界面来模拟人体内的生物膜界面，研究电子转移过程对于研究生命活动有重要意义。其中赖氨酸作为碱性氨基酸，含有两个碱基一个羧基，利用其中一个氨基作为反应位点接枝至电极表面，另外的氨基与羧基易在膜表面形成两性离子，是一种具有普遍结构和性质的氨基酸。这里我们采用玻碳表面自组装膜方法，构筑固/液界面，并选择赖氨酸作为模拟生物膜，构筑电极界面，研究生物体内的离子进行电子转移过程的影响因素。

然而，正如我们知道的，氨基酸末端基团具有氨基和羧基，当溶液中有氧化还原物质，如六氰合铁探针分子，研究探针分子进行电子转移时，溶液ph及末端基团的解离平衡会对电子转移有较大的影响，所以本工作中构筑的赖氨酸膜/溶液界面需要进行优化。

在这里我们采用离子对的方法，考虑到膜末端基团的解离对于氧化还原物质在电极界面进行电子转移的影响，进一步通过加入二价金属钙离子使其与膜末端荷负电基团形成离子对，弱化膜表面的荷电性，改良电极界面的构筑，加快了氧化还原电对在不同孔道大小的电子转移速率，并且结合数字仿真模拟得到氧化还原物质在不同孔道大小的电极界面的电子转移速率大小。

技术实现要素：

本发明涉及一种测定氧化还原电对在不同孔道大小的赖氨酸自组装膜电极界面的表观电子转移速率的方法，属于固/液界面电化学领域。

本发明所要解决的技术问题是调控孔道大小不同的赖氨酸自组装膜的方法及得到氧化还原电对在不同孔道大小的赖氨酸自组装膜电极界面的电子转移速率常数大小。

本发明所采用的导电基底是玻碳电极。

在本发明中，所述的自组装膜材料为赖氨酸。

本发明提供了一种测定氧化还原电对在不同孔道大小的赖氨酸自组装膜电极界面的电子转移速率的方法。

在本发明制备所述赖氨酸自组装膜，通过碳氮键合在玻碳电极表面，构筑末端基团为含有羧基的电极界面。

在本发明制备所述赖氨酸自组装膜，得到的是孔道大小不同的自组装膜界面，提出“针孔模型”。

本发明还提供了一种制备所述不同孔道大小的赖氨酸自组装膜的方法，该方法包括：

1.玻碳电极的预处理：依次用0.3μm和0.05μm的三氧化二铝粉打磨抛光成镜面；再依次用体积分数为50％的乙醇，体积分数为50％的硝酸，二次蒸馏水超声清洗，得到处理好的玻碳电极。

2.不同孔道大小的赖氨酸自组装膜的制备：配制含2mmol/l赖氨酸(支持电解质为0.1mol/l的高氯酸锂)的赖氨酸溶液，将处理好的玻碳电极作为工作电极，铂丝电极为对电极，银/氯化银为参比电极，将三电极体系置于含有赖氨酸的溶液中进行循环扫描，在0-1.9v的电位区间内，改变循环扫描的圈数(2圈，5圈，10圈，14圈，22圈)，即组装的时间不同，得到组装不同时间的赖氨酸/玻碳电极，并依次用超纯水超声清洗，去除表面的杂质，放在超纯水中备用。

在本发明中，所述的导电基底为玻碳电极。

在本发明中，所述的自组装膜材料为赖氨酸。

在本发明中，所述氧化还原物质为六氰合铁探针分子。

在本发明中，配制含2mmol/l赖氨酸(支持电解质为0.1mol/l的高氯酸锂)的赖氨酸溶液作为电解液。

在本发明中，在0-1.9v的电位区间内,通过氨基氧化法将赖氨酸自组装在玻碳电极表面。

在本发明中，通过改变赖氨酸自组装在玻碳电极上的循环扫描圈数，即组装的时间不同，达到调控不同孔道大小的目的，以电化学阻抗模拟电路得到的电化学参数为准。

本发明中们采用离子对的方法，考虑到膜末端基团的解离对于氧化还原物质在电极界面进行电子转移的影响，进一步通过加入二价阳离子使其与膜末端荷负电基团形成离子对，弱化膜表面的荷电性，改良电极界面的构筑，并且结合数字仿真模拟得到得到氧化还原物质在不同孔道大小的电极界面的电子转移速率大小，具有简单、有效的效果。

本发明的技术方案至少具有如下有益效果：

1.本发明制备得到的赖氨酸自组装膜，通过氨基氧化法与碳表面共价键合，克服了赖氨酸在电极表面的不稳定、易脱落的问题。

2.本发明制备得到的具有不同孔道大小的赖氨酸自组装膜，通过改变赖氨酸自组装在玻碳电极上的循环扫描圈数，即组装的时间不同，达到调控不同孔道大小的目的，易操作。

3.本发明相比于传统的计算氧化还原物质的电子转移速率的方法，本发明中的结合了数字仿真模拟计算氧化还原电对的电子转移速率大小，相比于之前的matsudaandayabeandnicholsonandshain方程，数学计算工作量大大减小，且由计算机得到的数值减小人为误差，更具有可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例1中选取其中循环扫描14周的赖氨酸自组装在玻碳电机上的循环伏安图及碳氮键合的示意图。

图2为本发明实施例1中不同孔道大小的赖氨酸自组装膜的电化学阻抗谱图，内插图为模拟等效电路图。

图3为本发明实施例1中在ph为10.01的六氰合铁溶液中，加入8mmol/l二价钙离子，增强赖氨酸自组装膜电极界面电子转移速率大小示意图。

图4为使用数字仿真模拟得到加入钙离子之后，六氰合铁探针分子在不同孔道大小的赖氨酸自组装膜电极界面的电子转移速率大小。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术、优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。

实施例1

本实施例中的制备过程和步骤如下：

a.玻碳电极的预处理：依次用0.3μm和0.05μm的三氧化二铝粉打磨抛光成镜面；再依次用体积分数为50％的乙醇，体积分数为50％的硝酸，二次蒸馏水超声清洗，得到处理好的玻碳电极。

b.孔道大小不同的赖氨酸自组装膜的制备：配制含2mmol/l赖氨酸(支持电解质为0.1mol/l的高氯酸锂)的赖氨酸溶液，将处理好的玻碳电极作为工作电极，铂丝电极为对电极，银/氯化银为参比电极，将三电极体系置于含有赖氨酸的溶液中进行循环扫描，在0-1.9v的电位区间内，改变循环扫描的圈数(2圈，5圈，10圈，14圈，22圈)，即组装的时间不同，得到组装不同时间的l-lysine/gce电极，并依次用超纯水超声清洗，去除表面的杂质，放在超纯水中备用。

c.在含有5mmol/l的六氰合铁溶液中进行电化学阻抗谱测量。开路电位为0.18v，频率范围为0.1hz-1mhz。施加5mv交流振幅电位，扫描频率为0.1-10⁶hz。使用电子等效电路模拟实验电化学阻抗谱。为此，使用商业软件(zview版本，)进行等效电路模拟，得到电化学动力参数电解液电阻，电子转移电阻，固定相元素,覆盖度，孔道半径大小。

图1为本发明实施例1中循环扫描14周的赖氨酸自组装膜形成的循环伏安图及碳氮键合的示意图，从图中循环伏安图中可以看出，在电位为1.25v时，有一个明显且不可逆的氧化峰，当扫速增加到2.0v时，在循环伏安图中没有还原峰，说明赖氨酸上的氮原子在进行第一次电子转移之后经历了一次化学反应。氨基的单电子氧化将其转化为相应的阳离子自由基，并在玻碳电极表面形成碳氮键。随着循环扫描不断进行，氧化峰电流迅速减小，说明赖氨酸组装在玻碳电极的表面。右面组装过程示意图。

图2为本发明实施例1中不同孔道大小的赖氨酸自组装膜的电化学阻抗谱图，内插图为模拟等效电路图。图中可以看出，由箭头的方向所示，随着组装圈数的增加，感抗弧的半径在增加，即赖氨酸膜的电子转移电阻在增大，说明对于六氰合铁探针分子电子转移的阻碍在增加。

图3为本发明实施例1中加入钙离子后形成离子对效应，打开六氰合铁探针分子到达电极界面的路径，即增大了六氰合铁在电极界面的电子转移速率。

图4为本发明实施例1中为加入8mmol/l钙离子之后，使用数字仿真模拟得到六氰合铁探针分子在不同孔道大小的赖氨酸自组装膜电极界面的电子转移速率大小的循环伏安图，图中虚线即为数字模拟得到的六氰合铁探针分子的循环伏安图。