Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) was used to develop a novel methodology for studying ionic interaction with lipids arranged in a lipid cubic phase (LCP). Studying different types of ions, both cations and anions, validated the method. A free-standing LCP membrane was formed between two cell compartments and impedance experiments were carried out in a 2-electrode setup to estimate dielectric properties of the membrane, exposed to the following electrolyte solutions at different concentrations: KCl, CsBr, CaCl2, MgCl2, CsCl, NaCl, NaOAc and NaTryptophan. Two different LCP were used in this setup, i.e: Monoloein/water and the ternary system of monoolein/dioleoylphosphatidylcholine/water (MO/DOPC/H2O). SAXRD measurements were performed to determine the space group of the cubic phase and confirm the stability of the LCP during measurements. Membrane resistances and capacitances were found from equivalent circuit fitting to the impedance data. The membrane resistance was shown to be related to ionic interaction with the lipid head group in the water channels of the LCP. Membrane capacitance were correlating to condensing and swelling effect of LCP due to the exposure of ions. The results correlated well with the SAXRD results and earlier published data. The results also indicate that these membranes become less permeable to ions as they increase in size as well as in charge or polarity. Cyclic voltammetry was used to study the applications of a LCP for modification of the bioanode in a biofuel cell. The monoolein cubic phase was used to host Glucose oxidase (GOx) and a freely diffusing ferrocene carboxylate was used as mediator. The supported cubic phase had an intrinsic resistance in the same order of magnitude as the freestanding MO-LCP membrane as measured with EIS. / Elektrokemisk impedans spektroskopi har använts för att utveckla en ny metod för att studera joners växelverkan med lipider som bildat en kubisk fas. Olika typer av joner, både positiva och negativa, användes för att validera metoden. Ett fristående membran uppbyggt av en kubisk fas separerade två avdelningar i en elektrokemisk cell. Cellen fylldes med elektrolyt-lösningar och impedansmätningar kunde utföras mellan två platina elektroder placerade i vardera avdelning. Membranet exponerades för följande elektrolytlösningar av olika koncentration: KCl, CsBr, CaCl2, MgCl2, CsCl, NaCl, NaOAc and NaTryptofan. Två olika kubiska faser användes i denna uppställning, dvs: Monoloein/vatten och det ternära systemet monoolein/dioleoylfosfatidylkolin/vatten(MO/DOPC/H2O). Med hjälp av SAXRD kunde den kubiska fasens kristallstruktur bestämmas och dess stabilitet under mätningarna bekräftas. De dielektriska egenskaperna hos membranet bestämdes genom att anpassa impedansspektrat till en ekvivalent krets bestående av resistanser, kapacitanser och konstant-faselement. Membranresistansen visade sig vara relaterad till jonernas växelverkan med lipidhuvudgruppen i vattenkanalerna i kubiska fasen. Ju starkare växelverkan desto högre var resistansen. Membrankapacitansen kunde korreleras med kondenserande och uppsvällande effekter på kubiska fasen förorsakade av exponeringen till joner. Resultaten bekräftades av SAXRD mätningar och även tidigare publicerade data. Resultaten indikerar också tydligt att permeabiliteten hos membranet minskar med ökad jonstorlek, jonladdningoch polaritet hos jonen. Cyklisk voltammetri användes för att studera en tillämpning av kubiska fasen i en tänkt applikation som bioanod i en biobränslecell. Elektroden modifierades med en kubisk fas innehållande GOx och tillsammans med en fritt diffunderande ferrocen karboxylat som mediator, där oxidation av glukos studeras. Det visade sig att den kubiska fasen hade en resistans av samma storleksordning som det fristående membranet uppmätt med impedansspektroskopi.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:umu-130174 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Khani Meynaq, Mohammad Yaser |
| Publisher | Umeå universitet, Kemiska institutionen, Umeå : Umeå University |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Doctoral thesis, comprehensive summary, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0027 seconds