二氧化硅纳米腔阵列电极作为离子通道的应用的制作方法

本发明涉及二氧化硅纳米腔阵列电极作为离子通道的应用。

背景技术：

近年来，液/液界面微电极取得了很大的发展，它有增加传输通量，降低未补偿溶液电阻的特性，如拉制的玻璃微管、在聚合物膜上用激光钻孔形成的微洞、微孔。

著名的电分析化学家bard等结合扫描隧道显微镜(scanningtunnelmicroscope,stm)和超微电极发展起来了一种新的电化学现场检测技术—扫描电化学显微镜(scanningelectrochemicalmicroscopy，secm)。它具有高的化学灵敏性和空间分辨率，不但可以研究探头和基底之间溶液层中的均相反应动力学，还可以探究探头、基底上的异相反应动力学，分辨电极表面微区的电化学不均匀性，对材料进行微加工。secm研究液/液界面过程的优点：

1、可以克服液/液界面间的ir降

2、可以区分电子转移（et）和离子转移（it）

3、充电电流较小

4、电位窗较宽过程。

技术实现要素：

本发明的目的是利用二氧化硅纳米腔阵列电极作为离子通道，可用于检测液/液界面的离子转移。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

二氧化硅纳米腔阵列电极作为离子通道的应用。

优选地，所述二氧化硅纳米腔阵列电极由ito导电玻璃以及孔道垂直于ito导电玻璃表面的二氧化硅纳米腔阵列组成。

优选地，二氧化硅纳米腔阵列电极作为离子通道在检测液/液界面离子转移中的应用。

优选地，所述离子通道为钾离子和/或钠离子的离子通道。所述离子通道为受ph控制的离子通道。

与现有液/液界面微电极相比，本发明中的介孔二氧化硅纳米腔阵列电极是一种新型的液/液界面电极，除了具有现有液/液界面微电极的优点外，其制作方法简单、便宜，实验中所需要的液体体积更小，材料的生物相容性更好，并且能够利用其表面的电荷特性对电荷转移进行调控，能更好的模拟生物膜上的电荷转移过程。

本发明利用sio2纳米腔阵列电极模拟生物膜离子通道，在不同ph值条件下，介孔sio2表面荷电性质的差异调控离子在限域环境中的转移。运用sio2纳米腔阵列电极作为离子通道，能更好的研究离子转移的动力学过程，有助于更好地认识液/液界面离子转移机理，认识生命过程中钾离子和钠离子膜转移机理，对揭示生命奥秘具有重要的意义。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为0.5mkcl在sio2纳米腔阵列电极中液/液界面的k⁺转移循环伏安图。

图2为0.5mnacl在sio2纳米腔阵列电极中液/液界面的na⁺转移循环伏安图。

图3为离子强度对k⁺转移的secm反馈曲线，水相溶液的离子强度变化分别从0.1～0.5m，ph为6.0，有机相中18-冠-6-醚（db18c6）的浓度是1mm，扫速为50mv/s。

图4为离子强度对na⁺转移的secm反馈曲线，水相溶液的离子强度变化分别从0.1～0.5m，ph为6.0，有机相中db18c6的浓度是1mm，扫速为50mv/s。

图5为ph对k⁺转移的secm反馈曲线，水相溶液ph从上到下分别是6.0，5.0，3.5，3.0，2.0，离子强度为0.5m，有机相中db18c6的浓度是1mm，扫速为50mv/s。

图6为ph对na⁺转移的secm反馈曲线，水相溶液ph从上到下分别是6.0，5.0，3.5，3.0，1.9，离子强度为0.5m，有机相中db18c6的浓度是1mm，扫速为50mv/s。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

实验过程中使用的水均为二次蒸馏水（简称二次水），实验所用的试剂均为分析纯。实验均在室温(20±2)℃下进行。

（1）、本实施例所使用的仪器与试剂

a、微米管的制备

以玻璃毛细管(o.d.=2.0mm,i.d.=1.16mm,l=10cm)为原料，使用微电极拉制仪拉制。适当控制拉制仪的参数，拉出管口较平且针尖半径为几到几十微米的玻璃管。针尖的半径与管壁的厚度用光学显微镜估算，使用微量进样器从玻璃管尾部注入水相溶液。

b、微管支撑的电极的制备

用微量进样器从微米管尾端注入氯化钾或者氯化钠液体，在实验之前，用电子显微镜观察探针的针尖，检查里面是否有气泡。

c、循环伏安法（cv）的检测

该实验使用三电极系统，以表面覆盖着氯化四苯硼银（agtpbcl）的银丝作为参比电极，pt丝作为对电极，微管支撑的电极为工作电极，参比电极和对电极均插入油相。在电化学工作站chi900上完成实验。

d、扫描电化学显微镜（secm）的检测

该实验使用三电极系统，表面覆盖着agtpbcl的银丝电极作为参比电极，pt丝作为对电极，微管支撑的电极为工作电极，参比电极和对电极均插入油相。在电化学工作站chi900上完成实验。

e、sio2纳米腔阵列电极的制备

采用stober-solution生长法在ito导电玻璃上制备具有垂直有序孔道的sio2纳米腔阵列电极：将ito导电玻璃用饱和naoh浸泡过夜，再依次用水，丙酮，水，乙醇，水各超声15min清洗，氮气吹干。再放入前驱液（0.16g十六烷基三甲基溴化铵（ctab）+70mlh2o+30ml乙醇+10μl氨水+80μl正硅酸四乙酯（teos））中，于60℃反应24h，冲洗、干燥之后于100℃过夜。最后用0.1m的盐酸乙醇溶液去除sio2纳米腔阵列孔中的模板ctab。

f、液/液界面的离子转移

将制备好的sio2纳米腔阵列电极固定在电解池上；先加入水相，用循环伏安法表征，直到水相注入sio2纳米腔阵列孔道中，再弃去电解池中的水相，将sio2纳米腔阵列电极轻轻吹干，之后加入有机相，使sio2纳米腔阵列的上端恰好处于两互不相溶的水油界面处，构筑离子通道；用三电极系统，以表面覆盖着agtpbcl的银丝作为参比电极，pt丝作为对电极，微管支撑的电极为工作电极。在电化学工作站chi900上完成循环伏安曲线和反馈曲线的扫描，电势扫描范围为1.4v到0.4v。

图1、图2分别为0.5mkcl和0.3mnacl在sio2纳米腔阵列电极中液/液界面的离子转移cv图。从图中可以看出，离子从水相中以线性扩散的方式进入有机相，电流响应为负，有电流峰出现，之后又从有机相以球形扩散的方式回到水相，电流为正，显示为平带电流。扩散的不对称性导致cv图的不对称。

图3、图4为sio2纳米腔阵列电极中液/液界面的离子强度对离子转移的反馈曲线图。离子在通道中的整体扩散速率随受限扩散区域的变化而变化。从图中可以看出，当离子强度从0.1m增加到0.5m时，离子转移越来越明显。

图5、图6为ph对钠离子和钾离子的离子转移的反馈曲线图。从图中可以看出，孔道的表面电荷特性受ph影响很大。ph越大，孔道表面的硅羟基去质子化程度越大，即表面的负电荷密度就越大，离子与孔道表面的静电吸引作用就越大，相反，当ph越小，孔道表面的硅羟基去质子化程度越小，即表面的负电荷密度就越小，所以，离子与孔道表面的静电吸引作用就越小。渐进曲线得到的结果与理论一致。因此，我们可以通过改变溶液的ph达到调节离子转移的目的。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。