生物離子通道具有顯著的門控機制，用于實現物質傳輸以維持生物正常的生理過程。受此啟發(fā)，制備固態(tài)人工納米通道類似物一直被認為是一個具有廣泛實際應用的課題。但由于難以精確控制通道的內部結構和化學性質，制備納米/亞納米尺寸（< 2 nm）的仿生離子通道仍被認為是一項巨大的挑戰(zhàn)。共價有機框架（COFs）作為一種新興的晶態(tài)多孔聚合物，具有獨特的孔結構、量身定制的納米空間。特別是，三維 （3D） 功能化 COF 可以通過預先設計提供離子傳輸途徑，這為模擬生物離子通道門控機制提供了理想的納流平臺?；诖?，研究者認為將堿金屬離子響應的功能分子12-crown-4 (12C4) 基團固定到COF骨架上，可以實現納米通道的門控效應。然而，到目前為止，3D COF 材料作為仿生離子門的應用尚未探索。
近日，吉林大學方千榮教授課題組通過將 12C4 基團策略性地連接到通道壁上，合成了兩個功能化3D COFs（JUC-590和JUC-591），實現了3D COF離子傳輸的門控效應。
該研究通過使用預先設計的具有12C4基團的單體，合成兩種具有 1D 納米通道的冠醚基3D COF，將12C4 基團基于自下而上的合成策略均勻固定在通道壁中。結合粉末X射線衍射、氮氣吸脫附曲線分析表明，該COFs材料具有高結晶度、永久的孔隙率和高的比表面積。 此外，作者制備了可Li+ 活化的COF 基混合基質膜，以研究它們對離子傳輸的門控效應。由于這些12C4基3D COFs 具有1D 納米級通道、大表面積和高密度的12C4 基團，這些 3D 功能化COF可以被 Li+ 離子激活，并可用作納流平臺控制離子傳輸。值得注意的是，這些材料實現了納米通道從“關”到“開”的切換，并表現出出色的門控比（JUC-590 高達 23.6），這是已報道的金屬離子激活一維納米通道的最高值之一。另外作者還證明了這些 3D 功能化COF具有收集滲透能的實際應用的潛力。 在這項工作中，作者基于具有12C4分子精準構筑了兩種冠醚基3D COFs, 實現了離子傳輸的門控效應。該工作開辟了一條將 3D 功能化 COF設計為智能人工納米通道材料的新途徑，有希望賦予COFs材料獲得具有復雜生物系統(tǒng)特征的功能。 論文信息： Gating Effects for Ion Transport in Three-Dimensional Functionalized Covalent Organic Frameworks Xiuqin Yu,Cuiyan Li,Jianhong Chang,Yujie Wang,Weifeng Xia,Jinquan Suo,Xinyu Guan,Valentin Valtchev,Yushan Yan,Prof. Shilun Qiu,Prof. Qianrong Fang 文章的第一作者是吉林大學的博士研究生于秀琴和博士研究生李翠燕 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202200820
