侯旭：曲率驱动的动态纳米限域空间中的反常离子输运行为

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生物纳米通道通过细胞膜控制不同离子的输运，其调控机制不仅取决于通道的固有结构和内表面的物理化学性质，还取决于它们在生命过程中的各种动态形状变化。人工纳米通道膜作为模拟生物纳米通道的离子传输性能的平台，为生命科学和材料科学中的许多应用提供潜在的工具和科学指导。近年来，许多用于纳流控和生物传感应用的人工纳米通道膜被开发出来，其主要是通过在纳米通道的内表面上修饰功能性分子作为刺激响应层从而调节离子输运。然而，生物纳米通道的几何动态变形也是相当重要的，例如在生理过程和疾病活动中，细胞间会出现不间断弯曲的纳米通道。

目前，人工纳米通道主要通过静态的方法在纳米通道内表面上修饰功能性分子，以实现刺激响应层。因此，那些静态纳米通道中的离子传输调节机制是通过调节它们的有效通道尺寸。最新报道的电流动态可调的纳米孔或纳米通道仍然是通过表面修饰来控制有效孔径以实现调节离子电流的目的。所以，如何赋予人工纳米通道动态的形状变化和固定通道尺寸以控制离子传输仍然是一项具有挑战性的任务。目前的动态纳米通道制备方法由于材料的选择和纳尺度空间阻塞问题限制了其几乎不能同时兼顾柔性和纳米尺寸。尽管已经有报道可调节的弹性体纳米通道，但是这些纳米通道的尺寸是离子尺寸的三个数量级以上，并且它们没有涉及轴向变形。

厦门大学的侯旭教授等人进一步开发了动态纳米通道系统的概念。报道了一种动态曲率纳米通道膜系统，具有依赖于电压、浓度和离子大小的反常效应，以及通过调节曲率实时控制离子整流效应的可逆转换。这是一种通过使用通道曲率的动态变化来实时调节离子整流从而调节纳米通道中的离子传输的新方法。这种动态方法可用于构建智能纳米通道系统，在柔性的纳流控体系、离子整流器和纳米发电机等领域具有重要的应用前景。研究成果以题为“Dynamic Curvature Nanochannel-Based Membrane with Anomalous Ionic Transport Behaviors and Reversible Rectifcation Switch”发布在国际著名期刊Adv. Mater.上。

综上所述，该工作首次展示了一种动态曲率纳米通道膜，其具有反常的离子传输行为和时时可调的离子整流效应，与内表面修饰纳米通道方法相比具有不同的调节机制。动态曲率纳米通道膜系统可以通过利用通道曲率的动态变形来控制离子传输，而不是改变有效通道尺寸。虽然目前对动态纳米通道的研究尚处于初级阶段，但是基于动态曲率纳米通道的膜系统可以作为模拟高度弯曲的纳米空间中不同生物离子传输过程的新型平台，并在可穿戴纳米流体装置领域具有潜在的应用价值。进一步延伸到更多离子/分子类型可以创造各种纳米原型机，包括纳米发电机，速度传感器和振动逆变器。

文献链接：Dynamic Curvature Nanochannel-Based Membrane with Anomalous Ionic Transport Behaviors and Reversible Rectifcation Switch（Adv. Mater., 2019, DOI:10.1002/adma.201805130)