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【热点文章推荐】电化学整流研究及应用进展

电化学整流研究及应用进展

常凤霞1,朱志伟*2

(1.西南民族大学化学与环境保护工程学院,四川成都 610041

2. 北京大学化学与分子工程学院,北京100871)

摘要


  细胞膜上的离子通道是细胞与周围环境进行物质交换的重要途径,而对离子通道的掌控起决定性作用的正是电化学整流。电化学整流的研究对于深入理解细胞膜离子通道的作用机理,以及仿生纳米器件的构筑具有非常重要的科学意义和应用价值。从体系构建到机理推导直至应用这几个方面对国内外课题组有关电化学整流的研究进行了综述,并展望了其未来的发展方向。

引言

   整流泛指对气流、水流或电流的形态进行调整。在物理学上,它指的是利用二极管的单向导电性将正负变化的交流电变为直流电的现象。而电化学整流又称离子电流整流(ICR),特指在微、纳米通道或纳米孔中的电流与电势的非线性响应。ICR广泛存在于生物体系中,细胞出于新陈代谢的需要,须不断地与周围环境进行物质交换,而细胞膜上的离子通道正是这种物质交换的重要途径。1991年,两位德国科学家Erwin NeherBert Sakmann因发现细胞内的离子通道并开创膜片钳技术而获得了诺贝尔生理学或医学奖。细胞通过离子通道的开放和关闭来精密调节相应物质(如各种离子、糖类及生命活动所产生的水溶性废物等)进出细胞的速度,这对实现细胞的各种生理功能具有十分重要的意义。而对离子通道的掌控起决定性作用的正是ICR。一个典型的例子就是心脏和神经细胞中的内整流钾离子通道,该离子通道可在膜电势变化、配体结合或机械压力下打开或关闭[1]这就是生物体系中离子通道的整流功能,它与体系中离子或分子的选择性传输密切相关。因此,电化学整流的研究对于深入理解细胞膜离子通道的作用机理,以及仿生纳米器件的构筑具有非常重要的科学意义和应用价值。本文首先介绍国内外有关电化学整流研究的现状,然后从研究体系、影响因素以及理论和应用等方面进行综述,最后对电化学整流研究未来的发展趋势进行展望。



结论

    目前电化学整流研究因为在模拟生物膜通道、构筑仿生纳米器件以及分析检测方面具有重要意义,已成为电化学研究领域的新热点。人们从电化学整流体系的构建到电化学整流机理的推导,直至电化学整流的应用都进行了广泛而深入的研究,但依然面临很多问题亟待解决,如体系的构建复杂、成本高;相关理论不统一、表征参数不全面;应用领域有限、不经济等。发展对微/纳米通道进行修饰的新方法,以利用目标分子与修饰材料的特异性结合,根据整流性质的改变而进行目标分子的检测和传感,这是非常具有实用价值和研究意义的发展方向。双锥形微/纳米通道因其形状特点,其整流现象的研究有望为模拟生物通道,探究生物膜通道的功能提供帮助。电化学整流机理的研究也是未来探究的重要内容,预期理论模拟计算将会发挥更重要的作用。




目录

1  电化学整流研究现状

2  电化学整流研究体系

3  影响电化学整流的因素

3.1  通道的表面电荷

3.2  通道的尺寸

3.3  通道的形状

3.4  电化学扫描速度

4  电化学整流的理论研究

4.1  预选择性区域理论

4.2  三段区域理论

4.3  棘齿模型

4.4  PNP理论模型

4.5  Space-Charge模型

5  电化学整流的应用

6  前景展望

引用本文:常凤霞, 朱志伟. 电化学整流研究及应用进展[J]. 化学试剂, 2020, 42(5): 505-513.