一种用扫描电化学显微镜研究氨基功能化二氧化硅纳米通道选择渗透性的方法技术

本发明专利技术公开了一种用扫描电化学显微镜研究氨基功能化二氧化硅纳米通道选择渗透性的方法，该方法包括，将SiO2纳米腔阵列电极浸泡在3‑氨丙基三甲氧基硅烷的丙酮溶液中，静置，清洗，烘干，得到NH2‑SiO2/ITO电极；扫描电化学显微镜采用四电极体系，SECM探针为工作电极1，NH2‑SiO2/ITO电极为工作电极2，在样品溶液中将工作电极1向工作电极2移动，得到电流随距离变化的渐近曲线；再由渐近曲线得出样品的在氨基功能化的二氧化硅纳米通道中的扩散速率常数。采用本发明专利技术的方法可以测定样品在不同条件下在氨基功能化的二氧化硅纳米通道的渗透性，对认识离子或分子选择渗透机理具有重要意义。

A Scanning Electrochemical Microscope Method for Studying Selective Permeability of Amino Functional Silica Nanochannels

The invention discloses a method for studying selective permeability of amino-functioning silica nanochannels by scanning electrochemical microscopy. The method includes immersing SiO 2 nanocavity array electrodes in acetone solution of 3 aminopropyl trimethoxysilane, stationary, cleaning and drying, and obtaining NH 2 SiO 2/ITO electrodes; scanning electrochemical microscopy adopts a four-electrode system, and SECM probe is a four-electrode system. The working electrode 1, NH2_SiO 2/ITO electrode is the working electrode 2. The working electrode 1 is moved to the working electrode 2 in the sample solution, and the asymptotic curve of the current varying with distance is obtained. Then the diffusion rate constant of the sample in the amino-functionalized silica nanochannels is obtained from the asymptotic curve. The method of the invention can be used to determine the permeability of samples in amino-functionalized silica nanochannels under different conditions, and is of great significance for understanding the mechanism of ion or molecule selective permeation.

【技术实现步骤摘要】
一种用扫描电化学显微镜研究氨基功能化二氧化硅纳米通道选择渗透性的方法
本专利技术涉及一种用扫描电化学显微镜研究氨基功能化二氧化硅纳米通道选择渗透性的方法。
技术介绍
介孔二氧化硅材料具有孔隙度高、排列整齐、生物相容性好，尤其孔道壁上具有丰富的活性硅烷醇，所以介孔二氧化硅材料易于官能化以形成一种用于受控药物递送的混合结构，现已开发出各种对不同外部刺激响应的智能纳米系统，例如pH，氧化还原电位，分子浓度，温度和光，例如，及其同事制备了pH响应介孔二氧化硅，通过在其外表面上接枝线性多胺来制备纳米颗粒等。因此，研究氨基功能化的二氧化硅纳米通道内离子或分子传输的动力学常数对于认识离子或分子选择渗透机理以及在受控药物中的生物学和药理学研究有重要的意义。申请人此前公开了将二氧化硅纳米腔阵列电极作为离子通道，采用扫描电化学显微镜(SECM)三电极体系检液/液界面的离子转移(CN107195521A)，但该SECM三电极体系不适用于研究离子通道中半径较大的离子或分子如Fe(CN)63-、Ru(NH3)63+、FcCH2OH等在单一液相中的转移。
技术实现思路
根据上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种用扫描电化学显微镜研究氨基功能化二氧化硅纳米通道选择渗透性的方法。本专利技术实现上述目的所采用的技术方案如下：一种用扫描电化学显微镜研究氨基功能化二氧化硅纳米通道选择渗透性的方法，其特点在于：包括如下步骤，1)制备二氧化硅纳米通道氨基功能化的NH2-SiO2/ITO电极将SiO2纳米腔阵列电极浸泡在3-氨丙基三甲氧基硅烷的丙酮溶液中，静置，清洗，烘干，得到NH2-SiO2/ITO电极；2)氨基功能化的二氧化硅纳米通道选择渗透性的检测以Ag/AgCl电极为参比电极，Pt电极为对电极，扫描电化学显微镜探针为工作电极1，NH2-SiO2/ITO电极为工作电极2；用扫描电化学显微镜向工作电极1和工作电极2施加电位，在样品溶液中将工作电极1向工作电极2移动，检测工作电极1的电流随工作电极1与工作电极2之间距离的变化，得到渐近曲线，再由渐近曲线得出样品的在氨基功能化的二氧化硅纳米通道中的扩散速率常数。优选地，3-氨丙基三甲氧基硅烷的丙酮溶液的体积浓度为1％，静置时间为3h。优选地，向工作电极1施加的电位与向工作电极2施加的电位不相同。优选地，所述样品溶液为含Fe(CN)63-，Ru(NH3)63+或甲醇二茂铁的溶液。更优选地，所述样品溶液用氯化钾作为支持电解质，用磷酸盐缓冲液调节样品溶液的pH值。优选地，样品溶液为含Fe(CN)63-的溶液时，向工作电极1施加的电位为0.05V，向工作电极2施加的电位为0.35V；样品溶液为含Ru(NH3)63+的溶液时，向工作电极1施加的电位为-0.25V，向工作电极2施加的电位为-0.1V；样品溶液为含甲醇二茂铁的溶液时，向工作电极1施加的电位为0.1V，向工作电极2施加的电位为0.3V。本专利技术的方法可以测定样品在不同条件下在氨基功能化的二氧化硅纳米通道中的渗透性，对认识离子或分子选择渗透机理具有重要意义，为氨基功能化介孔在受控药物中的生物学和药理学的应用提供基础。附图说明图1是SECM探针在含有0.1MKCl的FcCH2OH(a)和Fe(CN)63-(b)溶液中的CV曲线。图2是Fe(CN)63-，FcCH2OH和Ru(NH3)63+在NH2-SiO2/ITO电极上渗透性的渐近曲线。图3是pH＝6.6时，电极电位对Fe(CN)63-在NH2-SiO2/ITO电极上的渗透性的渐近曲线。图4是不同pH值调控下，Fe(CN)63-在NH2-SiO2/ITO电极上渗透性的渐近曲线。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术的内容，下面结合附图和具体的实施例对本专利技术再做进一步的说明：本专利技术所使用的仪器扫描电化学显微镜SECM(CHI900，美国CH仪器公司)，实验室用玻璃切割器(珠海凯为光电科技有限公司)，超声波清洗器(昆明市超声仪器有限公司)，磁力搅拌器，电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)，DK-8D型电热恒温水箱(上海森信实验仪器有限公司)。实施例一a、SECM探针的制备以玻璃毛细管(R＝2.0mm，r＝1.16mm，L＝10cm)为原料，用食人鱼溶液(H2SO4∶H2O2＝3∶1v/v)清洗玻璃毛细管，用P-2000微电极拉制仪拉制，用光学显微镜估算其RG值(RG＝3～6)。图1是SECM探针在不同溶液中的循环伏安曲线(CV)，(a)1mMFcCH2OH，(b)1mMK3[Fe(CN)6]，说明SECM探针拉制成功。b、NH2-SiO2/ITO电极的制备将25cm×50cm的ITO玻璃用饱和NaOH乙醇溶液活化12h，分别用超纯水、丙酮、超纯水、乙醇、超纯水100Hz超声15min清洗，N2吹干；将洗干净的ITO玻璃放入装有前驱液的塑料染色缸中(前驱液组分：0.3210gCTAB+140mLH2O+60mL乙醇+20μL氨水+160μLTEOS)，60℃恒温加热反应24h，超纯水冲洗3次，N2吹干，在烘箱中100℃陈化12h，用0.1M的盐酸乙醇溶液、超纯水分别清洗10min，得到SiO2纳米腔阵列电极(以下简称SiO2/ITO电极)。将SiO2/ITO电极浸泡到浓度为1％(v∶v)的3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTMS)丙酮溶液中，静置3h，使二氧化硅纳米腔(该纳米腔构成离子或分子渗透的纳米通道)腔壁氨基化，用丙酮清洗3次(5min/次)，用超纯水清洗，在T＝100℃烘40min，得到NH2-SiO2/ITO电极。c、扫描电化学显微镜扫描电化学显微镜采用四电极体系，以Ag/AgCl电极作为参比电极，Pt电极作为对电极，SECM探针作为工作电极1(WE1)，NH2-SiO2/ITO电极作为工作电极2(WE2)，实验均在室温(20±2)℃下进行。d、检测用玻璃切割器将NH2-SiO2/ITO电极裁成1.35cm×1.35cm的正方形，然后固定在电解池中，加入氧化还原探针分子溶液(1mM氧化还原探针分子+0.1MKCl+PBS缓冲溶液)。通过SECM的反馈模式进行检测：分别向工作电极1和工作电极2施加的电位，将工作电极1向工作电极2移动，记录下工作电极1的电流(iT)随工作电极1与工作电极2之间距离(d)的变化，得到渐近曲线。选取了三种带不同电荷的氧化还原探针分子：铁氰化钾，六氨合钌和FcCH2OH(甲醇二茂铁)。其中，Fe(CN)63-带负电荷，FcCH2OH显中性，Ru(NH3)63+带正电荷，对比研究了三种氧化还原探针分子在NH2-SiO2/ITO电极上的渗透性。图2是在pH＝6.6，对三种不同电荷的氧化还原探针分子Fe(CN)63-、FcCH2OH、Ru(NH3)63+检测得到的渐近曲线，渗透性实验中氧化还原探针分子所发生的电化学反应、浓度、WE1和WE2施加的电位以及氧化还原探针分子在氨基功能化纳米通道中的扩散速率常数如下表所示：图3是在pH＝6.6，在WE1和WE2上施加不同的电位(氧化电位0.35V，还原电位0.05V)，对氧化还原探针分子Fe(CN)63-的影响。当WE1为氧化电位，WE2为还原电位时，渗透进入纳米腔中的Fe(CN)63-被还原为Fe(CN)64-，Fe(C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用扫描电化学显微镜研究氨基功能化二氧化硅纳米通道选择渗透性的方法，其特征在于：包括如下步骤，1)制备二氧化硅纳米通道氨基功能化的NH2‑SiO2/ITO电极将SiO2纳米腔阵列电极浸泡在3‑氨丙基三甲氧基硅烷的丙酮溶液中，静置，清洗，烘干，得到NH2‑SiO2/ITO电极；2)氨基功能化二氧化硅纳米通道选择渗透性的检测以Ag/AgCl电极为参比电极，Pt电极为对电极，扫描电化学显微镜探针为工作电极1，NH2‑SiO2/ITO电极为工作电极2；用扫描电化学显微镜向工作电极1和工作电极2施加电位，在样品溶液中将工作电极1向工作电极2移动，检测工作电极1的电流随工作电极1与工作电极2之间距离的变化，得到渐近曲线，再由渐近曲线得出样品的在氨基功能化的二氧化硅纳米通道中的扩散速率常数。

【技术特征摘要】
1.一种用扫描电化学显微镜研究氨基功能化二氧化硅纳米通道选择渗透性的方法，其特征在于：包括如下步骤，1)制备二氧化硅纳米通道氨基功能化的NH2-SiO2/ITO电极将SiO2纳米腔阵列电极浸泡在3-氨丙基三甲氧基硅烷的丙酮溶液中，静置，清洗，烘干，得到NH2-SiO2/ITO电极；2)氨基功能化二氧化硅纳米通道选择渗透性的检测以Ag/AgCl电极为参比电极，Pt电极为对电极，扫描电化学显微镜探针为工作电极1，NH2-SiO2/ITO电极为工作电极2；用扫描电化学显微镜向工作电极1和工作电极2施加电位，在样品溶液中将工作电极1向工作电极2移动，检测工作电极1的电流随工作电极1与工作电极2之间距离的变化，得到渐近曲线，再由渐近曲线得出样品的在氨基功能化的二氧化硅纳米通道中的扩散速率常数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，3-氨丙基三甲氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢小泉，王铁英，张银潘，孙和水，吴艳霞，魏丽萍，李金芳，胥亚丽，陕多亮，陈晶，韩振刚，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62