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隊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隊展開合作，揭示了納米限域空間離子/質(zhì)子的雙向快速整流傳輸機制，研究成果日前發(fā)表在《科學(xué)進展》上。

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

研究團隊制備了一種由金屬有機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到100以上。同時，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制導(dǎo)致了該納米通道具有雙向整流特性，進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制。

這項研究成果為人工離子通道的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了新的思路，也有望推動高通量選擇性膜技術(shù)的進一步發(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