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  動植物實現(xiàn)了對眾多生理過程的智能操縱，其中發(fā)揮著重要作用的是細胞膜上的離子通道可以選擇性地調控離子進出細胞。受生物離子通道啟發(fā)，構筑類細胞膜結構的人工納流平臺，實現(xiàn)高選擇性、高通量的離子傳輸意義重大，也面臨著極大挑戰(zhàn)。

圖1. 具有穿透型亞納米通道MMMs的制備示意圖

  近期，在中國科學院理化技術研究所江雷院士、北京師范大學毛蘭群教授、武漢理工大學陳文教授的指導下，武漢理工大學張鵬超研究員和北京師范大學蔣亞楠副教授合作，發(fā)展了一種軟基底輔助的刮涂制膜新技術，制備了具有貫穿型亞納米通道的混合基質膜，實現(xiàn)了高通量、選擇性一價金屬離子傳輸。該混合基質膜由致密的聚酰亞胺基體和貫穿于其中的普魯士白微米顆粒組成。通過與硬玻璃基底制備的傳統(tǒng)膜對比，發(fā)現(xiàn)軟基底輔助的方法制備的膜結構具有更好的穿透性能，如圖2所示，這主要歸因于PDMS基底的柔軟特性和固有的彈性變形能力，使得PW微立方體顆粒可以穿透致密的PI基體，從而為離子傳輸提供了更多更有效的亞納米通道。

圖2. 兩種MMMs形貌的表征 

  作者進一步對兩種MMMs的離子傳輸特性進行分析，發(fā)現(xiàn)穿透的PW@PI MMMs具有更優(yōu)異的一/二價金屬離子選擇性和滲透性（圖3）。其中K⁺/Mg²⁺的離子選擇性高達14.0，測試直徑為5 mm時，K⁺的離子電導可達45.5 μS。這項工作為開發(fā)具有穿透型納米多孔材料的MMMs提供了新途徑，將為解決離子/分子分離、生物傳感和能量轉換方面的應用提供了新思路。該工作以 “Mixed Matrix Membrane with Penetrating Subnanochannels: A Versatile Nanofluidic Platform for Selective Metal Ion Conduction” 為題發(fā)表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上。文章第一作者是武漢理工大學碩士研究生李晨，通訊作者是武漢理工大學張鵬超研究員和北京師范大學蔣亞楠副教授。該研究得到國家自然科學基金委員會和科技部的支持。

圖3.穿透型MMMs提高了金屬離子篩分性能 

  該工作是團隊在“滴液成膜”—基于液滴超鋪展的高性能聚合物薄膜制備新技術相關研究的最新進展之一。傳統(tǒng)濕法聚合物薄膜制備技術通常是通過施加外力等手段促使液滴鋪展形成液膜，存在能耗高、液膜不可控、難以精準調控等問題。為此團隊基于凝膠表面準液態(tài)特性提出了液/凝膠限域界面液滴超鋪展新原理，開發(fā)了基于液滴超鋪展的高性能聚合物薄膜制備新技術（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3615；Adv. Sci. 2019, 6, 1900996），實現(xiàn)了仿貝殼層狀結構超強納米復合膜（Nature 2020, 580, 210）和功能性聚合物薄膜的大面積連續(xù)制備（Adv. Mater. 2020, 32, 1907413；Adv. Mater. Interfaces 2016, 3, 1600615）。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202215906