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(gè)極為重要的參數(shù),許多有機(jī)反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)與氫離子濃度密切相關(guān),細(xì)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(dá)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(duì)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(duì)基因的表達(dá)和調(diào)控,對(duì)DNA分子的雜交與識(shí)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(guò)程都有著非常重要的意義,因而是長(zhǎng)期以來(lái)科

2、學(xué)家們一直研究的熱點(diǎn)。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(shí)時(shí)測(cè)量并可以調(diào)節(jié)溶液pH值的方法是促進(jìn)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(tái),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(shí)時(shí)改變?nèi)芤簆H的各種研究和應(yīng)用。運(yùn)用該方

3、法,結(jié)合光譜檢測(cè),可將該技術(shù)用于pH依賴的生物問(wèn)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(jìn)步。主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　 (1)提出一種實(shí)時(shí)、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(guò)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?？捎糜诟鞣N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(tái),實(shí)現(xiàn)溶液pH調(diào)節(jié)的模式化控制。在該平臺(tái)上,運(yùn)用酸堿指示劑和pH指示電極,研究了該平臺(tái)大幅度和循環(huán)調(diào)節(jié)溶液pH的行為。實(shí)驗(yàn)表明,可以驅(qū)動(dòng)一定體積的溶液從近中性pH開(kāi)始,在短時(shí)間內(nèi)升高4～5個(gè)單位的pH值,并實(shí)現(xiàn)可控循環(huán)調(diào)變,驗(yàn)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(duì)電化學(xué)pH調(diào)控平臺(tái)進(jìn)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(tái)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(tái)及電化學(xué)控制參數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)兩室串聯(lián)電解池工作室內(nèi)溶液pH值進(jìn)行大范圍原位實(shí)時(shí)的檢測(cè)與調(diào)控。實(shí)驗(yàn)表明,在優(yōu)化的pH調(diào)控平臺(tái)基礎(chǔ)上,不對(duì)稱(chēng)兩室串聯(lián)電解池對(duì)鈀膜的預(yù)充氫狀態(tài)可控,pH調(diào)節(jié)過(guò)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(shí)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(cè)試平臺(tái),以適合對(duì)pH依賴過(guò)程開(kāi)展

6、實(shí)時(shí)原位研究。對(duì)電化學(xué)pH調(diào)控平臺(tái)的電解池進(jìn)行改進(jìn),并通過(guò)光纖與紫外光譜儀連接,構(gòu)建光學(xué)測(cè)試平臺(tái),實(shí)現(xiàn)電化學(xué)pH實(shí)時(shí)調(diào)控下紫外可見(jiàn)光譜的原位檢測(cè)。利用酸堿指示劑酚酞對(duì)光學(xué)測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行評(píng)測(cè),酚酞體系的實(shí)時(shí)A550nm周期性變化,說(shuō)明光學(xué)電解池可以在pH調(diào)節(jié)的同時(shí),用于實(shí)時(shí)的光譜動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)采集。
　　 (5)運(yùn)用所建立電化學(xué)pH調(diào)控平臺(tái),結(jié)合紫外光譜實(shí)時(shí)檢測(cè)對(duì)DNA酸、堿變性進(jìn)行了初步研究,并實(shí)現(xiàn)了290 bp長(zhǎng)度的DNA多循環(huán)實(shí)時(shí)