深圳湾实验室黄恺课题组及合作者：利用成分梯

作者：张馨予

生物纳米孔内的分子组织和电荷模式通过进化进行优化，以增强离子和分子的传输。受核孔复合体采用不对称排列的无序蛋白质进行门控的启发，深圳湾实验室黄恺，美国西北大学Igal Szleifer报道设计了一个由不对称聚两性离子刷包裹的人工纳米孔作为模型系统来研究纳米约束下的非对称传质。该研究于近期发表在材料学领域知名期刊ACS Nano。

研究人员发展了一个非平衡稳态分子理论来解释弱聚两性离子复杂的电荷调节效应，并解决了聚合物构象与外加电场之间的耦合问题。在这种最先进的理论方法的基础上，研究人员对纳米孔内的刺激响应结构行为和输运特性进行了全面的理论描述，并考虑了所有的分子细节。

研究模型表明，通过在纳米孔的聚合物涂层中加入pH敏感性的梯度，可以获得各种不对称的电荷模式和功能结构，以pH响应的方式允许在所设计的系统中实现多种功能。纳米孔内部的不对称电荷模式导致了对主要载流子的静电陷阱，在优化的pH和盐浓度下，纳米孔变成了整流因子在1000以上的离子整流器。

理论研究进一步预测，纳米孔设计的行为就像一个双门纳米流体装置，具有pH触发的门控，可以作为离子泵和pH响应型分子过滤器。

这些结果加深了人们对纳米受限体系中不对称输运的理解，并为设计聚合物涂层的智能纳米孔提供了指导。