【摘要】：在自然界的生物體系中,各種各樣的離子通道對(duì)物質(zhì)交換、能量輸運(yùn)等生理過(guò)程起著重要作用.用人工制備的仿生納米器件模仿生物孔道的離子輸運(yùn)性質(zhì)是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的課題.通過(guò)在對(duì)稱柱形聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)聚合物孔道中引入非對(duì)稱結(jié)構(gòu),獲得了一種具有高整流比的人工納米孔道體系.通過(guò)帶正電荷的2-十一烷基-1-二硫脲乙基咪唑啉季銨鹽(SUDEI)在柱形納米孔道的單面吸附,使體系具有了非對(duì)稱的電荷分布和幾何結(jié)構(gòu),從而具有非線性的離子輸運(yùn)性質(zhì),表現(xiàn)出較好的門控性能.Au納米顆�？梢耘cSUDEI以Au—S鍵穩(wěn)定結(jié)合,有效地減小柱孔一端的孔徑,進(jìn)一步提高體系的門控比,且該納米通道體系非對(duì)稱響應(yīng)離子輸運(yùn)有很好的穩(wěn)定性.
【圖文】：

帕５南煊?人工智能納米孔道中,由電荷不對(duì)稱和結(jié)構(gòu)不對(duì)稱引起的整流性質(zhì)是決定離子輸運(yùn)性質(zhì)的重要因素[25],這為我們?cè)O(shè)計(jì)響應(yīng)性納米孔道提供了基礎(chǔ).我們?cè)诰哂袑?duì)稱結(jié)構(gòu)的柱形納米通道中進(jìn)行單面修飾功能分子研究了孔道中離子輸運(yùn)性質(zhì)[28,29].在此研究中,我們采用了制備條件相對(duì)簡(jiǎn)單且容易控制的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate,簡(jiǎn)稱PET)柱形納米孔道[30,31],其本身結(jié)構(gòu)對(duì)稱,對(duì)離子輸運(yùn)沒有整流性質(zhì).在PET柱形納米通道單面吸附功能化分子2-十一烷基-1-二硫脲乙基咪唑啉季銨鹽(SUDEI,結(jié)構(gòu)如圖1a所示),SUDEI本身帶正電荷且含有長(zhǎng)鏈烷基,與柱形孔道內(nèi)一端帶負(fù)電荷的羧基發(fā)生靜電吸附,使該柱孔端一側(cè)帶有正電荷,因此對(duì)稱結(jié)構(gòu)的PET柱孔納米孔道構(gòu)建成了結(jié)構(gòu)和電荷均不對(duì)稱的門控體系,表現(xiàn)出良好的整流性質(zhì),控制了離子輸運(yùn)的優(yōu)先方向,在此基礎(chǔ)上,SUDEI中的活性S原子可以和Au納米顆粒作用形成化學(xué)鍵,Au顆粒的引入進(jìn)一步地改變SUDEI修飾一端柱孔的有效孔徑,增大了孔道兩端的孔徑差,減小體系的電流大小的同時(shí),增加了門控比,還實(shí)現(xiàn)了其離子輸運(yùn)性質(zhì)受Au納米顆粒的調(diào)控.在這個(gè)體系中,單面修飾后的柱形PET孔道因電荷和結(jié)構(gòu)不對(duì)稱,表現(xiàn)出離子整流性,功能化分子SUDEI的活性S原子與納米Au顆粒穩(wěn)定結(jié)合,調(diào)控離子輸運(yùn),從而實(shí)現(xiàn)納流體器件的智能響應(yīng)性能.實(shí)驗(yàn)機(jī)理如圖1b所示,PET柱形納米孔道本身帶有負(fù)電荷,SUDEI正電荷的靜電吸附使體系具備了不對(duì)稱的電荷分布和微小不對(duì)稱的幾何結(jié)構(gòu),所以單面修飾SUDEI的PET柱形孔道具有整流性質(zhì).另外SUDEI長(zhǎng)鏈中含有S活性元素,與Au形成穩(wěn)定的Au—S鍵,Au納米顆粒被修飾在柱形納米孔道一側(cè)的孔徑中,Au顆粒的修飾大大減小了該修飾端柱孔的直徑,使體系電流減小,同時(shí)它也使得體系有了?

)ThestructuralformulaofSUDEI.(b)Schematicdescrip-tionofAunanoparticlesgatednanochannelstoillustratethemechanism2結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)中使用的PET聚合物薄膜能通過(guò)重離子轟擊加徑跡刻蝕法制備出不同形狀的納米通道,其制備方法簡(jiǎn)單、易于操作且穩(wěn)定[31].本實(shí)驗(yàn)中使用的是經(jīng)對(duì)稱化學(xué)刻蝕制備的PET柱形多孔孔道,薄膜厚度為23μm,通過(guò)控制不同的刻蝕時(shí)間可以調(diào)控人工納米通道的有效孔徑.圖2是柱形納米通道兩端的電鏡圖,可以觀察到孔道兩端的孔徑均為220nm左右,兩端的孔徑大小一致,刻蝕的納米孔道確實(shí)是柱形對(duì)稱的.圖2PET柱形納米孔道小孔端(a)和大孔端(b)的電鏡圖.小孔端孔道平均直徑為202nm,大孔端平均直徑為230nmFigure2SEMimagesofthetipside(a)andbaseside(b)ofmultipo-rousPETmembrane.Themeandiameteroftipside(smallopening)isca.202nmandthatofthebaseside(largeopening)isca.230nm,whichindicatesthatthePETporousmembranehavecylindricalnanochannels
【作者單位】： 北京航空航天大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院仿生智能科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(21271016)資助~~
【分類號(hào)】：TB383.1

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