自然界的生命體實(shí)現(xiàn)了對復(fù)雜生理過程的智能操縱，生物體中細(xì)胞膜上的離子通道在選擇性地調(diào)控離子進(jìn)出細(xì)胞及其生物學(xué)過程中發(fā)揮著重要作用。受生物離子通道啟發(fā)，構(gòu)筑類細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的人工納流平臺(tái)，同時(shí)兼具高選擇性、高通量的離子傳輸功能具有重要的應(yīng)用前景，也面臨著巨大挑戰(zhàn)。
近期，武漢理工大學(xué)張鵬超研究員和北京師范大學(xué)蔣亞楠副教授合作，在中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所江雷院士、北京師范大學(xué)毛蘭群教授、武漢理工大學(xué)陳文教授的指導(dǎo)下，受細(xì)胞膜的生物離子通道結(jié)構(gòu)啟發(fā)，發(fā)展了一種軟基底輔助的刮涂制膜新方法，制備了具有貫穿型亞納米通道的混合基質(zhì)膜（MMMs），實(shí)現(xiàn)了金屬離子的選擇性電導(dǎo)。
圖1. 具有貫穿型亞納米通道MMMs的制備示意圖 具有貫穿型亞納米通道MMMs是通過軟基底PDMS輔助的刮涂技術(shù)制備而成的自支撐膜（PW@PI MMMs）。其中具有多孔結(jié)構(gòu)的普魯士白（PW）微米顆粒貫穿于致密的聚酰亞胺（PI）基體中，形成亞納米通道（0.37 ? 0.57 nm），實(shí)現(xiàn)了一價(jià)/二價(jià)金屬離子的選擇性電導(dǎo)（圖1）。通過與硬玻璃基底制備的傳統(tǒng)MMMs對比，發(fā)現(xiàn)該方法制備的膜結(jié)構(gòu)有很大不同。圖2顯示了PW顆粒在軟基底輔助制備的MMMs中具有更好的貫穿效果，這主要?dú)w因于PDMS基底的柔軟特性和固有的彈性變形能力，使得PW微米顆?？梢栽谥苽溥^程中貫穿致密的PI基體，可為離子傳輸提供更多更有效的亞納米通道。 圖2. 兩種MMMs的形貌表征 作者進(jìn)一步對兩種MMMs的離子傳輸特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)貫穿的PW@PI MMMs具有較高的一/二價(jià)金屬離子選擇性和滲透性（圖3）。其中K+/Mg2+的離子選擇性高達(dá)14.0，測試直徑為5 mm時(shí)，K+的離子電導(dǎo)可達(dá)45.5 μS。這項(xiàng)工作對開發(fā)具有貫穿型納米多孔材料的新型MMMs提供了新的技術(shù)路線，也為離子/分子分離、生物傳感和能量轉(zhuǎn)換等多方面的應(yīng)用提供了更多可能性。 圖3.貫穿型MMMs提高了金屬離子篩分性能 論文信息 Mixed Matrix Membrane with Penetrating Subnanochannels: A Versatile Nanofluidic Platform for Selective Metal Ion Conduction Chen Li, Yanan Jiang, Zihan Wu, Youcai Zhang, Cheng Huang, Sha Cheng, Ya You, Pengchao Zhang, Wen Chen, Lanqun Mao, and Lei Jiang 該工作的第一作者是武漢理工大學(xué)碩士研究生李晨，張鵬超研究員和蔣亞楠副教授為論文共同通訊作者。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202215906
