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二元协同的广泛pH单向离子传导膜
生物体中存在着各种各样的纳米通道，它们在细胞生命活动的基础，在基本分子生物学过程发挥着极为重要的作用。这些纳米通道是蛋白质分子经过复杂的折叠形成的，它通常具有复杂的纳米空腔结构，空腔内包含活性中心。空腔结构会在底物的作用下发生动态的变化，使活性中心与底物之间精确配合，这是一个“诱导-契合”的协同作用过程。在这个过程中，活性中心、空间结构都是缺一不可的，存在着二元协同的效应。
受生物启发，人们构建了很多外场响应的纳米离子通道来模拟自然界中的功能。人工构建纳米通道最常用的方法是径迹刻蚀法，即首先利用高能粒子束（如电子束、重离子束、激光等）轰击固体靶（如PET、PI、PC等聚合物），形成柱形潜径迹，之后利用化学刻蚀的方式腐蚀掉柱孔周围的物质形成纳米通道，再根据目标功能的特点进行相应基团的修饰。这种自上而下的方法存在制备周期较长，大面积制备困难，pH响应区间窄等不足。
北京航空航天大学的高龙成副教授（点击查看介绍）、范霞副教授（点击查看介绍）以及中科院理化技术研究所的闻利平研究员（共同通讯作者，点击查看介绍）课题组报道了一种快速、大面积制备广泛pH单向离子传导膜，是一种由不同孔径、相反电荷的两性离子通道构成的有机/无机杂化薄膜。受二元协同效应的影响，在宽的pH区间，表现出独特的单一整流方向的流体二极管性质。该工作的亮点是有机、无机薄膜的分头制备。有机纳米多孔薄膜的制备是通过自下而上的方式，经嵌段共聚物组装体实现。通过设计嵌段共聚物的分子结构，利用后修饰的策略，当形成纳米组装体后经过一步的紫外光辐照，同步实现嵌段连接点的断键和保留段的交联，得到大面积的、自支撑的纳米多孔膜，同时纳米孔道表面原位生成两性的羧基基团；无机纳米多孔薄膜是选用商品化的AAO多孔膜，其孔道内表面同样具有两性性质。两种多孔薄膜的尺寸可调，孔道内表面带电情况受pH影响。将两种纳米多孔薄膜进行复合，在电场中，在孔径差异、电荷性质、电荷密度差异的协同作用下，复合膜在广泛pH条件下具有单一方向的离子整流特性。这对于仿生传感器，分离膜等多种纳米微器件的研究具有重要意义。
图1.利用两性纳米通道制备仿生纳流控二极管
成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，文章的第一作者是随欣、张振、张振宇和王志伟。
该论文作者为：Xin Sui, Zhen Zhang, Zhenyu Zhang, Zhiwei Wang, Chao Li, Hao Yuan, Longcheng Gao, Liping Wen, Xia Fan, Lijun Yang, Xinru Zhang, Lei Jiang
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201606469/full
Biomimetic Nanofluidic Diode Composed of Dual Amphoteric Channels Maintains Rectification Direction over a Wide pH Range
Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 13056-13060. DOI: 10.1002/anie.201606469
导师介绍
高龙成副教授：http://www.x-mol.com/university/faculty/19062
范霞副教授：http://www.x-mol.com/university/faculty/19061
闻利平研究员：http://www.x-mol.com/university/faculty/26749