一、项目背景近年来人们发现生物离子通道通过控制信号分子、遗传物质 、以及细胞或细胞器内外环境之间的能量的传输来维持生物体的正常生理状态。
基于对这些精巧的几何结构和组成的研究,具有不对称孔径和表面电荷的人工纳米通道,成为了研究离子传输特性和捕获盐度梯度能量的一种极具前景的方案。
通常情况下,离子传输在特征尺寸为1-100 nm的纳米通道中,由于严格的纳米空间的限制和表面电荷分布不对称,形成了离子选择性、离子整流和离子门控等一些独特的特性。
离子电流整流行为的产生,本质上是纳米通道中能量和电势分布不均, 引起纳米通道对不同荷电物种的选择性运输。
基于这些特性,人工纳米通道已被用于能量转换和海水淡化,实现了技术的突破。
例如,利用超薄的自立式氮化碳薄膜成功地开发了一种纳米流体装置,用于操纵离子传输和盐度梯度能量转换。
多孔阳极氧化铝(Porous anode alumina, PAA)的多孔层为高度有序的纳米通道,障碍层是具有亚纳米尺寸的离子通道。
PAA 纳米通道-离子通道杂交结构由于具有几何结构和端面电荷两种不对称因素,表现出显著的 ICR 效应。
更重要的是,PAA 杂交结构由于表面有大量官能团而易于功能化,在 PAA 离子通道的外表面进行探针修饰和生物分子识别研究, 不仅可以避免分子传输对纳米通道表面性质的影响,还可消除实验过程中纳米通道阻塞等现象,保证了实验的稳定性和重现性。
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