【纳米】新型高分子复合膜材料中曲率驱动仿生动态纳米通道中的反常离子输运行为学术资讯

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注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

生物纳米通道通过细胞膜控制不同离子的输运，其调控机制不仅取决于通道的固有结构和内表面的物理化学性质，还取决于其在生命过程中的各种动态形状变化。人工纳米通道膜作为模拟生物纳米通道的离子传输性能的平台，为生命科学和材料科学中的许多应用提供了潜在的工具和科学指导。近年来，许多用于纳流控和生物传感应用的人工纳米通道膜被开发出来，其主要是通过在纳米通道的内表面上修饰功能性分子作为刺激响应层，从而调节离子输运。然而，生物纳米通道的几何动态变形也相当重要，例如在生理过程和疾病活动中，细胞间会出现不间断弯曲的纳米通道。

目前，人工纳米通道主要通过静态的方法在纳米通道内表面修饰功能性分子，以实现刺激响应层。因此，那些静态纳米通道中的离子传输调节机制是调节其有效的通道尺寸。最新报道的电流动态可调的纳米孔或纳米通道仍然是通过表面修饰来控制有效孔径来实现调节离子电流的目的。所以，如何赋予人工纳米通道动态的形状变化和固定通道尺寸以控制离子传输仍然是一项具有挑战性的任务。目前的动态纳米通道制备方法由于材料的选择和纳尺度空间阻塞的问题，限制了其几乎不能同时兼顾柔性和纳米尺寸。尽管弹性体纳米通道可调节，但是这些纳米通道的尺寸是离子尺寸的三个数量级以上，并且没有涉及轴向变形。近日，厦门大学的侯旭教授团队首次展示了一种新型动态的曲率纳米通道高分子复合膜材料，其具有反常的离子传输行为和时时可调的离子整流效应，与内表面修饰纳米通道方法相比具有不同的调节机制。动态曲率纳米通道膜材料可以通过利用通道曲率的动态变形来控制离子传输，而不是改变有效通道尺寸。这种动态曲率纳米通道膜系统具有依赖于电压、浓度和离子大小的反常效应以及通过调节曲率实时控制离子整流效应的可逆转换，是一种通过使用通道曲率的动态变化来实时调节离子整流，从而调节纳米通道中离子传输的新方法。这种动态方法可用于构建智能纳米通道系统，在柔性的纳流控体系、离子整流器和纳米发电机等领域具有重要的应用前景。目前对动态纳米通道的研究尚处于起步阶段，但是基于动态曲率纳米通道的膜材料可以作为模拟高度弯曲的纳米空间中不同生物离子传输过程的新型平台，并在可穿戴纳米流体装置领域具有潜在的应用价值。该成果可进一步延伸到更多离子/分子类型用于设计各种纳米原型机，包括纳米发电机、速度传感器和振动逆变器。

这一成果近期以封面文章发表在Advanced Materials上，文章的第一作者为厦门大学的特聘副研究员王苗，通讯作者是厦门大学的侯旭教授。

该论文作者为：Miao Wang, Haiqiang Meng, Dan Wang, Yajun Yin, Pieter Stroeve, Yunmao Zhang, Zhizhi Sheng, Baiyi Chen, Kan Zhan, Xu Hou

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