结  论 23

致  谢 25

参 考 文 献 26

1  绪论

本论文的研究主要在带有pH值可调聚合电解质刷的仿生纳米孔中进行，本章先概括描述了微/纳流控技术的研究背景，然后对当前微/纳流控技术中离子电流整流现象的原理以及在国内外的研究现状进行了分析，也提出了微/纳流控技术在未来研究与发展将面临的问题与重点。最后将阐述本论文的主要结构。论文网

1。1  研究背景

处理几何上被限定在很小尺度，通常大于1μm小于1nm的流体（包括液滴和悬浮颗粒物）的技术被称为微流控技术。在最开始，人们为了能够对生物和化学应用进行微量分析而致力于发展微流控系统，20世纪80年代的基因组学理论的产生更是促进了其发展。微流控对于生物和化学应用的重大影响不亚于集成电子电路对计算和自动化的改变，主要因为微/纳通道的极小尺寸和高度集成的通道网络让生物化学应用对小样本体积、快速反应、低成本、自动分析和大规模并行、便携性和最小交叉污染以及高灵敏度的需求得到了满足。因此，生物检测、化学和生物反应器、临床诊断、环境监测和医药合成都可以应用微流控系统。文献综述

从2000年以来，人们将更多的兴趣投向单分子中基于纳流控的传感应用，这意味着至少需要有一个特征尺度在100nm以下的通道。在从微流控到纳流控的发展过程中，产生了许多新的物理现象，例如，表面电荷控制着纳流控系统中的离子传输，伴随着表面积体积之比的增加，离子传输不受总体离子浓度的影响。这一现象意味着可以选择性控制通过纳米孔的离子传输。在纳流控系统的特征长度和德拜屏蔽长度近似时，这样的电荷选择性会更加显著。对这些新的物理现象的研究已经显示出纳流控在纳流体逻辑电路、DNA测序，在清洁能源发电等许多领域的潜在应用与发展。总之，纳流控芯片将在未来芯片实验室占有一席之地，不仅仅因为纳流控系统可以对分子或离子进行操控使其完成复杂的功能，也因为纳米通道提高了芯片集成度，减小了样品损耗[1]。

随着微流控/纳流控的发展，对其现象和性质的研究也越来越复杂。就目前的研究手段来讲，模拟仿真和实验测量是最主流的方法。模拟仿真是对所研究的芯片结构建立模型，然后给模型加上流体动力力学方程和边界条件，计算求解模型中的动力学特性。模拟仿真方法具有可重复性、研究周期短等特点，便于测试条件的变化对整个模型的影响，也是本论文采用的方法。

泊松-能斯特-普朗克（PNP）方程为基础的理论模型已被广泛用于模拟纳米孔道中的离子传输和离子电流整流[2][3][4]，同样的也用于纳米孔道中的颗粒位移[5][6][7]。最近，基于PNP模型的纳米孔道中离子电流整流的仿真有了新的研究结果，总结了几个和在固态纳米孔中的离子整流现象有关的主要因素[8]。然而，大多数之前的模型假设纳米孔壁的表面电荷与溶液的性质无关，包括pH值和盐浓度。考虑到离子电流整流主动控制的广泛潜在应用，以及对获得这种技术的极大兴趣，我们研究了使用pH可调的电解质刷来对纳米孔中的离子电流整流进行仿真。理论模型包括改进的流场中的斯托克斯-布林克曼方程以及离子传输过程中的多离子PNP方程，不仅考虑背景盐分离出来的两种离子，还会考虑决定溶液pH值的H+和OH-。

1。2 离子电流整流研究现状

1。3 论文主要结构

本文主要结构如下：