表面活性剂与DDM单层膜相互作用示意图
基于金电极的硫醇及其衍生物所形成的自组装单层膜(SAM)具有制备简单、稳定性好、膜表面缺陷少的优点, 因而在电分析化学、生物化学、表面化学等领域有着广泛的应用前景. 在相关的研究中, 人们利用硫醇以及修饰了各种功能化末端基团的硫醇衍生物通过自组装形成单层膜,对电极进行修饰, 单层膜修饰电极对电子转移的阻碍作用以及所引起的相应的电化学行为的改变在众多领域引起了广泛的关注. 这些研究表明, 烷基链较长的硫醇及其衍生物形成的单层膜可有效抑制溶液与电极间的电子转移,电子转移速率常数随烷基链的增加而呈指数下降; 而短链硫醇在基底表面形成单层膜后, 则使进一步组装各种超分子结构成为可能.
硫醇及其衍生物通过自组装所形成单层膜的特点表现为: (a)通过与金或其它基底强烈的键合作用, 硫醇自组装单层膜为某些具有特定官能团、特殊功能的化合物、电活性物质以及通道蛋白等生物活性物质, 提供了理想的体外反应场所, 这使得在分子水平上研究电子转移、光电转换、信号传导以及物质交换成为可能;(b)通过电位控制的自组装过程, 可以进行电位设定将不同的受体固定而形成各种特殊的电极; (c)硫醇自组装单层膜的选择性为其作为化学传感器的选择性滤膜提供了可能性, 同时各种新技术在这一领域的应用使得组装稳定、基于纳米结构的单层膜成为可能.在单层及类脂双层膜修饰电极的研究体系中, 表面活性剂经常被用来研究电活性物质电子跨膜传递的过程. 研究表明, 尽管自组装单/双层膜的存在为电子传递提供了较高的能量障碍, 但当膜中有适当的离子载体如表面活性剂等存在时, 电子跨膜传递电流很容易出现. 当膜中含有疏水载体时, 疏水离子可以很容易进入膜内, 甚至亲水性的离子也可自发进入到膜内.
华东师范大学化学系臧树良等人利用自组装方法在金电极表面制备成硫醇单层膜, 循环伏安和交流阻抗实验表明硫醇单层膜与表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺作用后, 其电化学行为发生变化,对于带有不同电荷的探针分子,表现出一定的选择性响应.即使是带有相同电荷的探针分子, 由于与表面活性剂的作用方式不同, 也使它们通过硫醇单层膜在电极表面产生电化学响应的程度完全不同.