电场增强聚丙烯酰胺水凝胶纳米复合材料的输运

通过在聚合物网络中嵌入带电胶体夹杂物，可以实现通过不带电水凝胶的电渗泵送。Matos 及其同事 (2006) 最近利用这一概念增强了不带电分子穿过聚丙烯酰胺水凝胶膜的扩散限制通量，旨在提高生物传感器的性能。本文旨在将其报道的宏观诊断结果与复合微观结构的物理化学特性联系起来。我们提出了一个描述整体电渗增强示踪剂通量的数学模型，并结合电动模型从测量的通量增强中确定电渗泵送速度。由于实验是在已知电流密度但未知整体电导率和电场强度的情况下进行的，因此采用了整体电导率的理论估计值。这些估计值考虑了纳米颗粒极化、添加的反离子和非特异性吸附。无需任何拟合参数即可得到的通量增强理论预测值与实验值在两倍因子范围内吻合。或者，如果将聚合物骨架的 Brinkman 屏蔽长度视为拟合参数，则最佳拟合值被限制在 0.9-1.6 nm 范围内，具体取决于夹杂物的尺寸和体积分数。文献中报道的关于不含夹杂物的聚丙烯酰胺凝胶的独立压力驱动流动实验表明该值为 0.4 或 0.8 nm。通过考虑受阻离子迁移可以改善这种比较，同时证明了关于夹杂物表面电荷的不确定性对电渗流的影响可以忽略不计。