【摘 要】
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生命体中细胞无时无刻不在与其细胞环境进行着物质交换等生命活动,它们供应生命活动所需要的成分十分繁多。构成细胞膜的骨架是磷脂双分子层,能够直接穿过磷脂双分子层出入细胞的物质极少,大多数物质进出细胞主要通过自由扩散,协助扩散和主动运输三种方式。通过自由扩散和协助扩散出入细胞的物质,主要受到细胞膜内外溶质分子或离子浓度差的影响,大部分物质通过细胞膜需要借助细胞膜上的载体蛋白和通道蛋白进行传输。而物质传输
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生命体中细胞无时无刻不在与其细胞环境进行着物质交换等生命活动,它们供应生命活动所需要的成分十分繁多。构成细胞膜的骨架是磷脂双分子层,能够直接穿过磷脂双分子层出入细胞的物质极少,大多数物质进出细胞主要通过自由扩散,协助扩散和主动运输三种方式。通过自由扩散和协助扩散出入细胞的物质,主要受到细胞膜内外溶质分子或离子浓度差的影响,大部分物质通过细胞膜需要借助细胞膜上的载体蛋白和通道蛋白进行传输。而物质传输在生命体中物质交换、信号传递、能量转换、系统功能调控等方面显得尤为重要。然而,生物通道的不稳定性以及对环境的依赖性使得对物质传输的相关研究难以开展。因此,开发一种新的研究方法显得十分必要。近年来,人工纳米通道受到了研究者们的密切关注,因为人工纳米通道的化学物理性质稳定,而且其通道表面易于修饰,具有广泛的研究价值。研究者们已经开发出各种经过官能团修饰的人工纳米通道用于小分子的检测,传输以及分离研究。其中,将大环超分子类化合物引入人工纳米通道内,构建具有主客体系的人工纳米通道,用以特异性检测某些小分子以及分离传输具有手性的分子对和同分异构体已经成为了研究热点。我们将利用这种具有主客体系的纳米通道开展下面两个课题的研究工作:1.N-乙酰葡萄糖胺是生命体内一种重要的单糖分子,N-乙酰葡萄糖胺于近些年被发现广泛存在于甲壳动物的外壳,人体血清以及细胞膜表面糖蛋白的糖链末端上,而且研究表明人体内的N-乙酰葡萄糖胺与阿兹海默症,糖尿病等一些重大生理疾病密切相关,特别血液中N-乙酰葡萄糖胺的浓度的变化直接影响到人体病情的发展。所以,关于N-乙酰葡萄糖胺的检测问题,特别是在人体内的检测就显得十分重要。因此我们根据N-乙酰葡萄糖胺的特点,合成了色氨酸衍生的柱[5]芳烃。随后,我们将这种大环分子修饰到人工纳米通道中,并且在氯化钾溶液中进行对N-乙酰葡萄糖胺的检测实验。实验结果证明了这种色氨酸柱[5]芳烃修饰的人工纳米通道可以实现对N-乙酰葡萄糖胺的检测,另外,我们还实现了该通道对血清样品中N-乙酰葡萄糖胺的检测。关于这种色氨酸柱[5]芳烃修饰的纳米通道检测N-乙酰葡萄糖胺的原理在于纳米通道中色氨酸柱[5]芳烃分子能选择性地结合N-乙酰葡萄糖胺分子,从而引起通道内亲疏水性的变化。通道内由亲水性变为疏水性,从而引起通道内离子传输的变化,宏观上表现为测量电流的变化,因此实现了对N-乙酰葡萄糖胺的检测。该通道的成功构建,为人们开发智能人工纳米通道提供了新的研究思路。2.二甲苯是石油馏分C8中的主要成分,它在化工生产中是一种十分必要的原料。它广泛地使用在颜料和油漆的稀释剂以及用作印刷、橡胶和皮革工业的溶剂。二甲苯具有三种同分异构体,分别为对二甲苯、邻二甲苯以及间二甲苯,它们均在工业生产中扮演着各自重要的角色,尤其是对二甲苯,它是工业生产中多种聚酯化合物的最初原料。因此关于混合二甲苯的分离,特别是对二甲苯的分离研究显得尤为重要。我们设计合成了巯基乙酸柱[5]芳烃,并将这种柱[5]芳烃分子修饰到氧化铝膜纳米通道中。接下来,我们研究了该通道对三种二甲苯同分异构体的传输性能。实验结果表明,该通道能以更快的速度传输对二甲苯,并且对二甲苯的传输速度是间二甲苯传输速度的两倍多。关于这种分子传输速度的差异,我们推测其原因在于巯基乙酸柱[5]芳烃对对二甲苯有着更强的相互作用,所以能优先传输对二甲苯。该通道的构建有助于人们进一步认识混合二甲苯传输分离的规律。
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