納米通道中的離子輸運特性與機理是研究細胞離子通道、離子整流與納濾過濾的基礎。納米孔道結構與表面修飾對離子輸運調控的研究工作已有諸多報道，但關於電場對於納米孔道表面與離子輸運的影響尚不清楚。
中國科學院近代物理研究所科研人員利用HIRFL高能微束裝置的單離子輻照技術和徑跡蝕刻法制備的PET單納米孔道，系統地研究了電場調控對納米通道表面電荷與離子輸運的影響。研究發現二價和三價陽離子對PET納米孔道分別具有可逆和不可逆的表面電荷修飾作用，首次報道了納米孔道離子整流狀態轉變的閾值電壓存在。在電場作用下，納米孔道離子傳輸特性轉變主要是由於超過閾值電場時，孔道表面PET分子鏈的羧基-陽離子鍵破裂導致陽離子解離與孔道表面分子鏈重排，從而引起表面電荷密度與等效納米孔道口徑變化。這些發現可能揭示了電壓門控生物離子通道的工作機制，為微納孔道離子整流與過濾控制提供了新的視角，在離子分離、生物分子檢測和納米通道能量收集等領域有著潛在的應用前景。
該工作得到國家自然科學基金項目支持，成果發表在期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。
圖1 多價態離子濃度對納米通道中離子載流子的影響
圖2 納米孔道的離子傳輸特性在超過閾值電場時發生狀態轉變
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