2 离子液体
通常意义上的室温离子液体即RTILs,也被叫做有机离子液体或室温下熔融盐等[1]。指的是在25℃或25℃相近温度下表现为液态,是无机的阴离子与含有氮的杂环有机阳离子组成的盐。阳离子上平均分布的电荷以及阴、阳离子结构过低得对称性还有分子间含有的弱的互相的作用等导致其呈现低熔点的特性。
离子液体重要的组成成分是有机的阳离子和无机或者是有机的阴离子。烷基季鏻离子、(1,3)两个烷基取代的咪唑离子、烷基季铵离子等是较为主要的有机阳离子。阴离子则可以是Br-、PO4-、Cl-、NO3-、[AlCl4]-、[BF4]-、[PF6]-、[SbF6]-、[C4F9SO3]-、[CF3SO3]-、[CF3CO2]-、[C3F7CO2]-、[(CF3SO2)2N]-等。
李汝雄等[2]经研究认为离子液体是由正、负离子组成的,正、负离子的结构决定了其各种性能。不同的正离子的取代基则它的性质也有较大的不同,憎水、亲水之别是负离子是不同。因为这样,原则上,我们可以根据要求去设计离子液体,通过不断地研究,找到其中的规律。通过正负离子取代基的改变,这时所得到的离子液体是巨大的而且种类颇多数目惊人。
这种新式溶剂的室温离子液体比传统的溶剂,具有许多独有的性质特点。所以,在之前对离子液体的研究大都集中在将其作为绿色溶剂用于物质的萃取分离,有机合成,生物催化等方面。
3 生物传感器
生物传感器是对生物物质敏感并将它的浓度转换为电信号,对其进行检测的仪器。生物传感器的主要识别元件是固定化的生物性质敏感材料,其中又包含了大量的生物性活性物质,例如大部分的核酸、抗原体、酶以及植物或生物细胞、微生物等。通常一个完整的生物传感器应当具有以下的功能:接受和转换,具体来说,通过对能源的上述组分及理化变化结构的识别(如信号放大装置)形成了一套分析工具或一个系统。正是这两个点构成的传感器实现了通过生物信号加工处理自动化和现代微电子技术,工具和系统分析为一体的设备。
世界上第一个生物传感器是一个固化葡萄糖氧化酶的传感器,它是1967年由S.J.乌普迪克等制出来的。它的制成过程其实并不复杂,就是在一些常见的胶体(聚丙烯酰胺胶体)固化葡萄糖氧化酶在其中,然后在隔膜化含氧电极的尖端部分将该胶体膜固定起来,这样就出现了世界上的第一个生物传感器。所以,仅仅需要改变微生物或酶等固化膜便能够制成检测其对应物的其他传感器。经过几年的研究探索,生物传感器固定感应膜的方法已经不单单是运用高分子做载体的方法、直接进行化学反应结合的方法、通过高分子膜的结合方法,现在已经开发出微生物免疫和细胞器传感器等。生物传感器领域的影响,现在已经覆盖电子技术和系统生物学技术,其结合发展的研究已在化学中的应用具有了非常重要的价值。90年代随着微流控等相关技术的开发和应用,生物传感器有了相当高的选择性,但是它的缺点也暴露的很明显,就是生物固化膜不够稳定。
4 离子液体的应用
因为室温离子液体其导电性良好,蒸汽压不高和粘度大,化学和热稳定性好,有宽的电位窗,及对蛋白质和酶较好的生物相容性的优点,所以它吸引了大量电化学生物传感器研究者们的目光。离子液体有更多的优势比传统溶剂而言,在电化学领域的应用方面。
在电化学生物传感器的研究,因为作为生物催化剂酶的特异性好,效率高以及化学放大和温和的反应条件,酶电极的生物传感器是最常见的,也是最有代表性的。由于对于酶电极的使用和存储来说稳定性是很重要的,因此为了保持稳定性常规酶电极在电极表面的修饰层通常是固态的形式,而在常温下室温离子是液体,这对室温离子液体在酶电极的相关应用方面带来了新的挑战。2003年,Fukushima等报导了将基于咪唑基团的室温离子液体(BMIMTf2N、BMIMPF6、BMIMBF4等) 和单壁碳纳米管通过研磨结合形成了一种黑色的胶(Gel),这种胶在吸附材料上很容易由胶转化成固体,研究者有了更广的思路基于这种独特的性质,为其在修饰电极中的应用提供了可能。因此,基于离子液体的复合材料修饰的电极才相继开发了出来。