納米限域金屬離子/質(zhì)子雙向快速整流傳輸機(jī)制揭示

記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校工程科學(xué)學(xué)院吳恒安教授研究團(tuán)隊(duì)與澳大利亞蒙納士大學(xué)化學(xué)與生物工程系王煥庭教授研究團(tuán)隊(duì)展開合作，揭示了納米限域空間離子/質(zhì)子的雙向快速整流傳輸機(jī)制，研究成果日前發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。

高效的離子整流通道是生物體調(diào)節(jié)各項(xiàng)生理機(jī)能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，如生物膜表面的鉀離子通道可以實(shí)現(xiàn)離子和質(zhì)子沿相反方向進(jìn)行整流傳輸，以保證膜兩側(cè)的電解質(zhì)和pH平衡，維持各項(xiàng)生命活動(dòng)的正常進(jìn)行。離子整流通道在清潔能源的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用前景。

研究團(tuán)隊(duì)制備了一種由金屬有機(jī)物框架和聚對苯二甲酸乙二醇酯組合而成的非均質(zhì)通道結(jié)構(gòu)。這種非對稱的納米通道同時(shí)具備沿尖端向基端的金屬離子整流效應(yīng)和沿基端向尖端的質(zhì)子整流效應(yīng)，兩種粒子的整流比均達(dá)到100以上。同時(shí)，該非均質(zhì)通道結(jié)構(gòu)具有很好的整流穩(wěn)定性，在苛刻的pH條件和多次重復(fù)電壓加載中都展現(xiàn)出金屬離子和質(zhì)子的快速整流傳輸。研究人員通過理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，限域空間內(nèi)金屬離子的傳輸受到濃度梯度的調(diào)控，而質(zhì)子的傳導(dǎo)則是由規(guī)則排列的水鏈結(jié)構(gòu)決定，兩種粒子不同的傳輸機(jī)制導(dǎo)致了該納米通道具有雙向整流特性，進(jìn)而揭示出限域空間內(nèi)金屬離子/質(zhì)子的雙向快速整流傳輸機(jī)制。

這項(xiàng)研究成果為人工離子通道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新的思路，也有望推動(dòng)高通量選擇性膜技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

(中國科大供圖)

關(guān)鍵詞： 金屬離子 研究成果 整流效應(yīng) 廣泛的應(yīng)用 鉀離子通道