- 选题背景和意义：
全氟磺酸离子交换膜（all-fltmsulphonie acid ionic exhange membrane），电解食盐水溶液离子膜电解槽所用的膜材料之一，是一种强酸型离子交换膜。亲水性好，膜含水率高，膜电阻低。
全氟磺酸离子交换膜 以其优 良的耐热性能 、力学性能 、电化学性能 以及化学稳定性能等 ，促进了全球氯碱工业朝着低能耗、无污染的方向发展。氢氧燃料电池以零排放、无噪音、高效能等诸多特点被世界各国列为重点发展的能量转换装置，其中的关键部件为离子交换膜，全氟磺酸离子交换膜是 目前所有在燃料电池中使用的离子交换膜中综合性能最好的离子膜，世界各国已经生产的燃料电池电动车无一例外都是以全氟磺酸离子交换膜氢氧燃料电池作为发动机的。全氟离子交换树脂和膜在其它各种电解制备装置、电渗析、化学催化、气体分离、气体干燥、污水处理、海水淡化等方面也有其它材料不可比拟的优势。
基于Nafion对水的高选择性传输的特性，可用于多种气体干燥器和加湿器。 Nafion也可用作燃料电池中的活性膜。酸的特性被用来驱动酸催化反应。离子交换性能在科学仪器方面有广泛应用。导电性能使其适合作为心脏起搏器电极尖端的外膜，以抵抗周围组织的过度生长同时仍能导电。
目前nafion的结合对蛋白分子结构的影响并不很多。本课题我们拟应用和频光谱技术研究在nafion覆盖情况下蛋白质结构的变化。
- 课题关键问题及难点：
关键问题：
- 对比在有无nafion覆盖下蛋白结构的变化。
- 研究表面亲疏水对nafion覆盖蛋白结构的影响。
难点：
- 在获取蛋白质阶段如何准确无杂质分离。
- 由于蛋白质分子的结构非常复杂，开展定量化的研究比较困难。
- 使用和频光谱对比蛋白质结构变化时，如何控制没有除nafion以外无其他因素影响。
- 对比蛋白质结构变化和亲疏水性影响时如何筛选有对照意义的两组蛋白质样品。
- 文献综述（或调研报告）：
设计系统以整合电活性生物分子几十年来，原位研究一直是活跃的研究领域。高分子基质中掺入的多种蛋白质和酶已成功地以高表面浓度浇铸到电极表面，用于电化学目的，例如在传感器和燃料电池应用中。初步研究了沉积在聚合物电极中的分离的细胞色素的活性薄膜证明了蛋白质可以直接通过电化学途径获得，同时可以防止其溶解和变性。用聚合物封装的酶（尤其是葡萄糖氧化酶）进行功能化的生物传感器已用于监测电极表面的生物化学，并有助于理解各种生物化学机制。类似地，仿生太阳能设备的目标是提高光收集复合物和电极表面之间的电子转移速率。 最近，光合反应中心，如光系统I（PSI），光系统II（PSII）等已被并入电极表面，以收集太阳能以用于光伏或太阳能（H2释放）目的。蛋白主要通过附着在功能化表面上或封装到氧化还原聚合物基质中而被电化学激活。 就像以前开发的生物传感电极一样，可以通过使用导电聚合物将光敏蛋白保留在3D矩阵中来增加表面蛋白的浓度，使其超出功能化表面的单层覆盖范围，从而增加可以吸收的光量。PSI还显示了长期稳定的能力当用于太阳能收集设备时，报告在设备制造后几个月保持活动状态Nafion早已被纳入生物传感器中以容纳酶和蛋白质，因为它对不带电荷和带负电荷的物质，可以防止信号分子的大量泄漏。相反，Nafion允许运输带正电荷的物质，如果电解质中的介体是带正电的，例如紫精物质。此外这些特性，Nafion不会吸收可见波长的光。这些特性使Nafion广泛使用可用于容纳光合蛋白质复合物（例如PSI）以进行能量转换的聚合物基质应用程序。
实验表明，在Nafion膜中添加了其他PSI后，每个PSI贡献的电子较少。即使在低浓度下，PSI的周转率也比其他聚合物系统低约一个数量级，并且比将PSI结合到功能化表面上的电极要慢得多。理论上的速率取决于电极的寿命。 PSI中的电荷分离状态通常以毫秒为单位。这些时间表示Nafion系统的周转率仍有很大的改进空间。与氧化还原介体的相互作用以及每个PSI复合体的连通性可能会限制速度。
发现Nafion的表面密度具有权衡的行为，为较低的浓度为氧化还原介体提供了高扩散性，尽管需要较高密度的膜来防止溶解。PSI优化过程还发现，过量的蛋白质会抑制光激活的电荷分离和电荷转移。在当前研究中，产生峰值光电流的PSI浓度确定为100mu;g/ cm2 PSI。因此，当在Nafion中构建PSI的光敏膜时，必须解决许多因素，包括介质的选择以及聚合物和光敏蛋白的负载密度。
参考文献：
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