【摘 要】
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纳米通道是一种普遍的结构,在生物系统以及人工材料中都发挥着重要的作用,例如视网膜、神经、肌肉等生命系统中的纳米通道,控制着生命活动中离子以及分子的运输,生物纳米通道如:离子通道、水通道和葡萄糖通道,可以根据其独特的形状和通道蛋白有效调节离子或分子在细胞膜上的运输,基于生物纳米通道的优异功能,如何用人工材料构建纳米通道就成为研究者们关注的焦点。与脆弱的生物纳米通道不同,人造纳米通道具有机械坚固性、稳
【基金项目】
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国家自然科学基金青年科学基金项目(批准号:21704023);
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纳米通道是一种普遍的结构,在生物系统以及人工材料中都发挥着重要的作用,例如视网膜、神经、肌肉等生命系统中的纳米通道,控制着生命活动中离子以及分子的运输,生物纳米通道如:离子通道、水通道和葡萄糖通道,可以根据其独特的形状和通道蛋白有效调节离子或分子在细胞膜上的运输,基于生物纳米通道的优异功能,如何用人工材料构建纳米通道就成为研究者们关注的焦点。与脆弱的生物纳米通道不同,人造纳米通道具有机械坚固性、稳定性、可控的通道形状以及可定制的表面性能,这些优势使他们可用于广泛的实际应用。目前,已经采用各种方法在各种合成材料中制造人工纳米通道,得到各种不同形状和结构的纳米通道。其中化学刻蚀重离子轰击径迹法是使用最广泛的构筑纳米通道的技术。无机材料薄膜和有机材料薄膜均能使用该方法进行加工,构筑各种几何形状的纳米通道。本论文利用化学刻蚀重离子轰击法,在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜上制备了柱状纳米通道,然后把具有不同功能的响应分子修饰在纳米通道上,成功制备了Zn2+和p H双重相应的仿生人工纳米通道,并在此基础上实现了纳米粒子的筛分。本论文研究的主要内容如下:(1)通过重离子轰击加径迹刻蚀法在PET薄膜上制备纳米通道,并在纳米通道的内壁修饰对酸碱性敏感的高分子聚乙烯亚胺(PEI)和能与Zn2+配位的组氨酸。PET膜经化学刻蚀后,其纳米通道内表面带有大量的羧基,可与含大量氨基的PEI发生酰胺化反应,形成酰胺键,从而成功将PEI分子固定在纳米通道的内表面。组氨酸侧链末端含有氨基和羧基,可通过酰胺键连接在PEI分子链上。酸性条件下,PEI表面带有正电荷,通道之间的高分子链相互排斥,使纳米通道变小。随着p H的增加,高分子链质子化降低,排斥作用减小,纳米通道逐渐变大。使该通道具有对p H和Zn2+的双重响应性,通道的尺寸和所带电荷可以在p H和Zn2+的调控下发生改变,形成通透性可控的纳米通道。(2)对PET薄膜人工纳米通道体系的p H响应性及Zn2+响应性进行了探究,从I-V曲线表征可知,随p H增大,电流增大,呈线性增长关系;随Zn2+浓度增大,电流减小,呈线性减小关系,并对其响应机理进行了研究。(3)基于纳米通道体系的p H响应性及Zn2+响应性,实现了对两种不同粒径的金纳米粒子的筛分,得到筛分性能良好的PET薄膜人工纳米通道。
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