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Voltage-Triggered Structural Switching of Polyelectrolyte-Modified Nanochannels
Macromolecules ( IF 5.1 ) Pub Date : 2020-03-24 , DOI: 10.1021/acs.macromol.0c00082 Yamila A. Perez Sirkin 1 , Igal Szleifer 2 , Mario Tagliazucchi 1
Macromolecules ( IF 5.1 ) Pub Date : 2020-03-24 , DOI: 10.1021/acs.macromol.0c00082 Yamila A. Perez Sirkin 1 , Igal Szleifer 2 , Mario Tagliazucchi 1
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Synthetic solid-state nanochannels modified with polyelectrolyte brushes are an important class of stimuli-responsive nanofluidic devices. This work theoretically addresses the design of a voltage-triggered nanomechanical gate using the collapse transition of a hydrophobic polyelectrolyte brush within a long nanochannel. In poor solvent conditions, a polyelectrolyte brush grafted to the inner surface of a nanochannel can either collapse to its walls or stretch toward its axis in order to form a central dense plug. An applied transmembrane potential favors polyelectrolyte chain conformations that are tilted in the direction of the electric field, and therefore, the transmembrane potential can trigger a transition from the collapsed-to-the-center state to the collapsed-to-the-wall state. This work studied this transition as a function of the length of the polyelectrolyte chains, the hydrophobicity of the polymer backbone, and the pH and ionic strength of the solution. The optimal conditions to achieve a sharp voltage-triggered transition between the collapsed-to-the-wall and the collapsed-to-the-center structures were identified. This work also explored the effect of the voltage-triggered collapse transition on the transport of probe particles of different sizes. It is shown that there is a balance between the permeability of the channel and the selectivity of the two different collapse states for the particle. In the particular system explored in this work, this balance makes the structural transition mostly effective to gate the transport of species with radii in the ∼1 nm range.
中文翻译：
电压触发的聚电解质修饰纳米通道的结构转换
用聚电解质刷修饰的合成固态纳米通道是一类重要的刺激响应性纳米流体装置。这项工作理论上解决了使用长纳米通道内疏水性聚电解质电刷的塌陷转变来触发电压的纳米机械门的设计。在不良的溶剂条件下，接枝到纳米通道内表面的聚电解质刷可以塌陷到其壁上或向其轴方向拉伸，以形成中心致密的堵塞物。所施加的跨膜电势有利于在电场方向上倾斜的聚电解质链构象，因此跨膜电势可以触发从塌陷到中心状态到塌陷到壁状态的转变。这项工作研究了这种转变与聚电解质链的长度，聚合物主链的疏水性以及溶液的pH和离子强度之间的关系。确定了在坍塌至墙壁结构与坍塌至中心结构之间实现尖锐的电压触发过渡的最佳条件。这项工作还探讨了电压触发的塌陷转变对不同尺寸探针颗粒传输的影响。结果表明，在通道的渗透性和颗粒的两种不同塌陷状态的选择性之间存在平衡。在这项工作中探索的特定系统中，这种平衡使得结构转变最有效地控制了半径约为1 nm的物种的迁移。聚合物主链的疏水性，溶液的pH值和离子强度。确定了在坍塌至墙壁结构与坍塌至中心结构之间实现尖锐的电压触发过渡的最佳条件。这项工作还探讨了电压触发的塌陷转变对不同尺寸探针颗粒传输的影响。结果表明，在通道的渗透性和颗粒的两种不同塌陷状态的选择性之间存在平衡。在这项工作中探索的特定系统中，这种平衡使得结构转变最有效地控制了半径约为1 nm的物种的迁移。聚合物主链的疏水性，溶液的pH值和离子强度。确定了在坍塌至墙壁结构与坍塌至中心结构之间实现尖锐的电压触发过渡的最佳条件。这项工作还探讨了电压触发的塌陷转变对不同尺寸探针颗粒传输的影响。结果表明，在通道的渗透性和颗粒的两种不同塌陷状态的选择性之间存在平衡。在这项工作中探索的特定系统中，这种平衡使得结构转变最有效地控制了半径约为1 nm的物种的迁移。确定了在坍塌至墙壁结构与坍塌至中心结构之间实现尖锐的电压触发过渡的最佳条件。这项工作还探讨了电压触发的塌陷转变对不同尺寸探针颗粒传输的影响。结果表明，在通道的渗透性和颗粒的两种不同塌陷状态的选择性之间存在平衡。在这项工作中探索的特定系统中，这种平衡使得结构转变最有效地控制了半径约为1 nm的物种的迁移。确定了在坍塌至墙壁结构与坍塌至中心结构之间实现尖锐的电压触发过渡的最佳条件。这项工作还探讨了电压触发的塌陷转变对不同尺寸探针颗粒传输的影响。结果表明，在通道的渗透性和颗粒的两种不同塌陷状态的选择性之间存在平衡。在这项工作中探索的特定系统中，这种平衡使得结构转变最有效地控制了半径约为1 nm的物种的迁移。结果表明，在通道的渗透性和颗粒的两种不同塌陷状态的选择性之间存在平衡。在这项工作中探索的特定系统中，这种平衡使得结构转变最有效地控制了半径约为1 nm的物种的迁移。结果表明，在通道的渗透性和颗粒的两种不同塌陷状态的选择性之间存在平衡。在这项工作中探索的特定系统中，这种平衡使得结构转变最有效地控制了半径约为1 nm的物种的迁移。
更新日期：2020-04-24
中文翻译：
电压触发的聚电解质修饰纳米通道的结构转换
用聚电解质刷修饰的合成固态纳米通道是一类重要的刺激响应性纳米流体装置。这项工作理论上解决了使用长纳米通道内疏水性聚电解质电刷的塌陷转变来触发电压的纳米机械门的设计。在不良的溶剂条件下，接枝到纳米通道内表面的聚电解质刷可以塌陷到其壁上或向其轴方向拉伸，以形成中心致密的堵塞物。所施加的跨膜电势有利于在电场方向上倾斜的聚电解质链构象，因此跨膜电势可以触发从塌陷到中心状态到塌陷到壁状态的转变。这项工作研究了这种转变与聚电解质链的长度，聚合物主链的疏水性以及溶液的pH和离子强度之间的关系。确定了在坍塌至墙壁结构与坍塌至中心结构之间实现尖锐的电压触发过渡的最佳条件。这项工作还探讨了电压触发的塌陷转变对不同尺寸探针颗粒传输的影响。结果表明，在通道的渗透性和颗粒的两种不同塌陷状态的选择性之间存在平衡。在这项工作中探索的特定系统中，这种平衡使得结构转变最有效地控制了半径约为1 nm的物种的迁移。聚合物主链的疏水性，溶液的pH值和离子强度。确定了在坍塌至墙壁结构与坍塌至中心结构之间实现尖锐的电压触发过渡的最佳条件。这项工作还探讨了电压触发的塌陷转变对不同尺寸探针颗粒传输的影响。结果表明，在通道的渗透性和颗粒的两种不同塌陷状态的选择性之间存在平衡。在这项工作中探索的特定系统中，这种平衡使得结构转变最有效地控制了半径约为1 nm的物种的迁移。聚合物主链的疏水性，溶液的pH值和离子强度。确定了在坍塌至墙壁结构与坍塌至中心结构之间实现尖锐的电压触发过渡的最佳条件。这项工作还探讨了电压触发的塌陷转变对不同尺寸探针颗粒传输的影响。结果表明，在通道的渗透性和颗粒的两种不同塌陷状态的选择性之间存在平衡。在这项工作中探索的特定系统中，这种平衡使得结构转变最有效地控制了半径约为1 nm的物种的迁移。确定了在坍塌至墙壁结构与坍塌至中心结构之间实现尖锐的电压触发过渡的最佳条件。这项工作还探讨了电压触发的塌陷转变对不同尺寸探针颗粒传输的影响。结果表明，在通道的渗透性和颗粒的两种不同塌陷状态的选择性之间存在平衡。在这项工作中探索的特定系统中，这种平衡使得结构转变最有效地控制了半径约为1 nm的物种的迁移。确定了在坍塌至墙壁结构与坍塌至中心结构之间实现尖锐的电压触发过渡的最佳条件。这项工作还探讨了电压触发的塌陷转变对不同尺寸探针颗粒传输的影响。结果表明，在通道的渗透性和颗粒的两种不同塌陷状态的选择性之间存在平衡。在这项工作中探索的特定系统中，这种平衡使得结构转变最有效地控制了半径约为1 nm的物种的迁移。结果表明，在通道的渗透性和颗粒的两种不同塌陷状态的选择性之间存在平衡。在这项工作中探索的特定系统中，这种平衡使得结构转变最有效地控制了半径约为1 nm的物种的迁移。结果表明，在通道的渗透性和颗粒的两种不同塌陷状态的选择性之间存在平衡。在这项工作中探索的特定系统中，这种平衡使得结构转变最有效地控制了半径约为1 nm的物种的迁移。
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