據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，未來(lái)學(xué)家曾設(shè)想過(guò)一種分子通道聚合物膜，可用來(lái)捕獲碳，生產(chǎn)以太陽(yáng)能為基礎(chǔ)的燃料，或進(jìn)行海水淡化處理，不過(guò)前提是這類聚合物膜可以很容易地大規(guī)模制造。美國(guó)科學(xué)家最近開(kāi)發(fā)出一種具有高度均勻亞納米通道的自組裝聚合物膜，首次實(shí)現(xiàn)了在宏觀尺度上利用有機(jī)納米管制備功能膜，且其生產(chǎn)工藝符合商業(yè)生產(chǎn)要求，標(biāo)志著這一技術(shù)已成功地邁出了重要一步。
細(xì)胞膜是大自然最重要的發(fā)明之一，它通過(guò)通道的大小、形狀及表面化學(xué)來(lái)控制關(guān)鍵分子和離子進(jìn)出細(xì)胞。在自然界中，多肽鏈兩端連接在一起可構(gòu)成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。美國(guó)能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的研究人員使用的就是以這種自然形成的環(huán)肽所構(gòu)成的有機(jī)納米管。這種自然有機(jī)納米管與碳納米管不同，它具有可逆性，這意味著其大小和方向在制造過(guò)程中都比較容易修改。
除了這種可以自組裝的環(huán)肽納米管，研究人員在制備聚合膜的過(guò)程中還使用了嵌段共聚物，其可在宏觀尺度上自組裝成納米陣列結(jié)構(gòu)。環(huán)肽納米管和嵌段共聚物以共價(jià)鍵相連，這樣就形成了以環(huán)肽納米管和嵌段共聚物兩種自組裝系統(tǒng)構(gòu)成的宏觀尺度亞納米多孔膜。科學(xué)家表示，未來(lái)這種多孔薄膜的通道大小和形狀均可根據(jù)有機(jī)納米管的分子結(jié)構(gòu)來(lái)量身定制。
美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的徐婷表示，該技術(shù)的關(guān)鍵是共軛聚合物，它控制環(huán)肽和嵌段共聚物界面，使它們同步自組裝，從而讓納米管通道只在聚合物膜框架內(nèi)形成。徐婷及其同事目前已可以制備數(shù)厘米大小的具有高密度陣列通道的多孔膜。這些通道經(jīng)二氧化碳和新戊烷測(cè)試表明，小分子二氧化碳的滲透率高于大分子新戊烷。
徐婷表示，下一步將利用這種技術(shù)來(lái)制備更厚的多孔膜。她認(rèn)為，理論上，該技術(shù)沒(méi)有尺寸限制，制備較大面積的多孔膜不存在問(wèn)題。該技術(shù)證明，通過(guò)控制各組分的二次交互作用，可同步多重自組裝過(guò)程。該技術(shù)有助于克服功能材料的技術(shù)瓶頸，為實(shí)現(xiàn)多組分層次結(jié)構(gòu)開(kāi)辟了一條新途徑。
