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  動(dòng)植物實(shí)現(xiàn)了對(duì)眾多生理過(guò)程的智能操縱，其中發(fā)揮著重要作用的是細(xì)胞膜上的離子通道可以選擇性地調(diào)控離子進(jìn)出細(xì)胞。受生物離子通道啟發(fā)，構(gòu)筑類(lèi)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的人工納流平臺(tái)，實(shí)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(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所江雷院士、北京師范大學(xué)毛蘭群教授、武漢理工大學(xué)陳文教授的指導(dǎo)下，武漢理工大學(xué)張鵬超研究員和北京師范大學(xué)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(shù)，制備了具有貫穿型亞納米通道的混合基質(zhì)膜，實(shí)現(xiàn)了高通量、選擇性一價(jià)金屬離子傳輸。該混合基質(zhì)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(guò)與硬玻璃基底制備的傳統(tǒng)膜對(duì)比，發(fā)現(xiàn)軟基底輔助的方法制備的膜結(jié)構(gòu)具有更好的穿透性能，如圖2所示，這主要?dú)w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(jìn)一步對(duì)兩種MMMs的離子傳輸特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)穿透的PW@PI MMMs具有更優(yōu)異的一/二價(jià)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(dá)14.0，測(cè)試直徑為5 mm時(shí)，K⁺的離子電導(dǎo)可達(dá)45.5 μS。這項(xiàng)工作為開(kāi)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(zhuǎn)換方面的應(yīng)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(xué)碩士研究生李晨，通訊作者是武漢理工大學(xué)張鵬超研究員和北京師范大學(xué)蔣亞楠副教授。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)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(tuán)隊(duì)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(shù)相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。傳統(tǒng)濕法聚合物薄膜制備技術(shù)通常是通過(guò)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(zhǔn)調(diào)控等問(wèn)題。為此團(tuán)隊(duì)基于凝膠表面準(zhǔn)液態(tài)特性提出了液/凝膠限域界面液滴超鋪展新原理，開(kāi)發(fā)了基于液滴超鋪展的高性能聚合物薄膜制備新技術(shù)（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3615；Adv. Sci. 2019, 6, 1900996），實(shí)現(xiàn)了仿貝殼層狀結(jié)構(gòu)超強(qiáng)納米復(fù)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