基于鈀膜的電化學(xué)pH調(diào)控新方法及其在DNA酸-堿變性中的應(yīng)用.pdf

1、pH值是溶液一個極為重要的參數(shù),許多有機反應(yīng)的熱力學(xué)和動力學(xué)與氫離子濃度密切相關(guān),細胞生理代謝與胞外環(huán)境的pH值有關(guān),各種酶在各自最適合的pH值下才能達到最高的催化活性,生命遺傳物質(zhì)DNA的構(gòu)型構(gòu)象以及堿基對之間氫鍵的穩(wěn)定性也直接依賴于所處環(huán)境的pH值,而由于氫鍵斷裂與形成引起的DNA的變性及復(fù)性對基因的表達和調(diào)控,對DNA分子的雜交與識別也有很重要的意義。因此,pH控制與調(diào)節(jié)在眾多的化學(xué)和生物過程都有著非常重要的意義,因而是長期以來科

2、學(xué)家們一直研究的熱點。然而,雖然目前已有眾多的pH調(diào)控的方法,卻都存在各種的不足。因此,發(fā)展一種普適而且方便的可以實時測量并可以調(diào)節(jié)溶液pH值的方法是促進眾多領(lǐng)域研究的重要前提。
　　 本論文提出基于透氫導(dǎo)電膜和串聯(lián)電解池構(gòu)型的電化學(xué)原位pH調(diào)控新方法,并建立相關(guān)的技術(shù)平臺,使得能夠在不改變?nèi)芤后w積、不需要額外反應(yīng)物、不產(chǎn)生氫氣和氧氣的情況下大幅度調(diào)變?nèi)芤喝值膒H,特別適用于需要原位和實時改變?nèi)芤簆H的各種研究和應(yīng)用。運用該方

3、法,結(jié)合光譜檢測,可將該技術(shù)用于pH依賴的生物問題和技術(shù)的研究,有可能引起一些生物技術(shù)的變革與進步。主要的研究內(nèi)容和成果如下:
　　 (1)提出一種實時、原位、大幅度和快速的溶液pH調(diào)控的電化學(xué)的方法。此方法利用鈀膜導(dǎo)電性和透氫性,以鈀膜作為氫傳導(dǎo)媒介,組成兩室串聯(lián)電解池,通過電化學(xué)方法氧化與還原氫使溶液pH值發(fā)生循環(huán)改變。可用于各種需要大幅度調(diào)節(jié)溶液pH的原位研究和應(yīng)用中。
　　 (2)建立了上述電化學(xué)pH調(diào)控的技術(shù)平

4、臺,實現(xiàn)溶液pH調(diào)節(jié)的模式化控制。在該平臺上,運用酸堿指示劑和pH指示電極,研究了該平臺大幅度和循環(huán)調(diào)節(jié)溶液pH的行為。實驗表明,可以驅(qū)動一定體積的溶液從近中性pH開始,在短時間內(nèi)升高4～5個單位的pH值,并實現(xiàn)可控循環(huán)調(diào)變,驗證了所提出的電化學(xué)pH調(diào)控方法的可行性和可操作性。
　　 (3)結(jié)合電化學(xué)pH控制儀對電化學(xué)pH調(diào)控平臺進行系統(tǒng)的研究。系統(tǒng)研究和優(yōu)化電化學(xué)pH調(diào)控平臺所涉及的Ag／AgCl輔助電極、Pd-H pH指示電

5、極、透氫鈀膜的電化學(xué)特性和性能。優(yōu)化了pH調(diào)節(jié)平臺及電化學(xué)控制參數(shù),實現(xiàn)對兩室串聯(lián)電解池工作室內(nèi)溶液pH值進行大范圍原位實時的檢測與調(diào)控。實驗表明,在優(yōu)化的pH調(diào)控平臺基礎(chǔ)上,不對稱兩室串聯(lián)電解池對鈀膜的預(yù)充氫狀態(tài)可控,pH調(diào)節(jié)過程中鈀膜表面極化電位在-400 mV～-900 mV之間變化,結(jié)合pH控制儀可以實現(xiàn)溶液pH值在5.5～11.5之間循環(huán)調(diào)控。
　　 (4)建立電化學(xué)pH調(diào)控-紫外光譜測試平臺,以適合對pH依賴過程開展

6、實時原位研究。對電化學(xué)pH調(diào)控平臺的電解池進行改進,并通過光纖與紫外光譜儀連接,構(gòu)建光學(xué)測試平臺,實現(xiàn)電化學(xué)pH實時調(diào)控下紫外可見光譜的原位檢測。利用酸堿指示劑酚酞對光學(xué)測試平臺進行評測,酚酞體系的實時A550nm周期性變化,說明光學(xué)電解池可以在pH調(diào)節(jié)的同時,用于實時的光譜動力學(xué)數(shù)據(jù)采集。
　　 (5)運用所建立電化學(xué)pH調(diào)控平臺,結(jié)合紫外光譜實時檢測對DNA酸、堿變性進行了初步研究,并實現(xiàn)了290 bp長度的DNA多循環(huán)實時