納米限域金屬離子/質子雙向快速整流傳輸機制揭示

記者從中國科學技術大學獲悉，該校工程科學學院吳恒安教授研究團隊與澳大利亞蒙納士大學化學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/質子的雙向快速整流傳輸機制，研究成果日前發表在《科學進展》上。

高效的離子整流通道是生物體調節各項生理機能的結構基礎，如生物膜表面的鉀離子通道可以實現離子和質子沿相反方向進行整流傳輸，以保證膜兩側的電解質和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換和儲存等領域也有著廣泛的應用前景。

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通道結構。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和沿基端向尖端的質子整流效應，兩種粒子的整流比均達到100以上。同時，該非均質通道結構具有很好的整流穩定性，在苛刻的pH條件和多次重復電壓加載中都展現出金屬離子和質子的快速整流傳輸。研究人員通過理論計算發現，限域空間內金屬離子的傳輸受到濃度梯度的調控，而質子的傳導則是由規則排列的水鏈結構決定，兩種粒子不同的傳輸機制導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金屬離子/質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構設計提供了新的思路，也有望推動高通量選擇性膜技術的進一步發展。

(中國科大供圖)

關鍵詞： 金屬離子 研究成果 整流效應 廣泛的應用 鉀離子通道