研究人员研究出仿生离子液体,其在传感器中有着巨大应用潜力

2016-10-24 10:16:20 adman 41

同时,离子液体功能化后自身性质发生了改变,但往往熔点升高、黏度变大,不利于实际应用。本文立足于寻找降低离子液体熔点和黏度的方法,借鉴生物细胞膜的结构性质特点,根据离子液体中的主要相互作用同细胞膜中磷脂分子之间的主要相互作用都是范德华力的相似性,将改变细胞膜流动性的主要作用结构引入离子液体中,设计合成新型离子液体——仿生离子液体。通过对仿生离子液体微观结构的理论计算研究,探索其结构与性质的变化规律,同时,利用仿生离子液体的高生物相容性,将其应用于生物传感器的制备,拓展该类离子液体在生物领域的应用范围。本文是国家自然科学基金项目(“仿生离子液体的设计与性质及其在生物催化中的应用” No.21173070)的一部分,主要研究成果包括: 1.仿生离子液体的设计合成与表征。生物膜是由磷脂双层分子构成,当外界环境条件改变时,其结构会发生适当改变,以维持细胞膜的流动性,这是细胞的恒黏适应性。根据离子液体结构与生物细胞膜结构的相似性,我们将产生恒黏适应性的分子结构引入离子液体,通过在甲基咪唑分子上修饰含有双键或含有甲基支链结构的脂肪链,设计、合成了以四氟硼酸、六氟磷酸为阴离子的仿生离子液体。采用核磁共振波谱等技术对所合成的离子液体进行了结构表征,并使用紫外可见分光光度法测定了所合成离子液体中杂质对甲苯磺酸的含量。所合成的对甲苯磺酸类离子液体中间体在室温下为固体,四氟硼酸和六氟磷酸离子液体室温下为液体。 2.仿生离子液体的熔点测定及量化计算。测定了所合成离子液体的熔点或玻璃化温度,探讨了阳离子不同侧链结构对其理化性质的影响。采用密度泛函B3PW91方法对所合成离子液体的阳离子结构进行了优化,分别采用密度泛函方法和二阶微扰方法计算了阴阳离子间的相互作用能,两种方法获得的结果具有一致性。结合实验数据研究熔点与阴阳离子间相互作用能和氢键的关系。研究结果表明在烷基咪唑类离子液体的烷基侧链中引入双键或远离N原子一端引入甲基支链能够降低离子液体的熔点,结合计算结果可以得到:当烷基侧链较短时,阴阳离子间的相互作用对离子液体的熔点、玻璃化温度等宏观性质贡献较大;当烷基侧链较长时,阳离子间的范德华力对熔点、玻璃化温度的贡献不可忽略。 3.仿生离子液体在生物传感器中的应用。以合成的巯基功能化仿生离子液体为功能单体,与胆固醇分子混合制成组装溶液,并通过自组装的方式修饰到金电极上制成胆固醇分子印迹传感器,通过循环伏安、电化学交流阻抗等电化学方法表征电极表面,并初步考察分子印迹传感器的性能和稳定性。


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