[发明专利]一种具有短距离离子选择性的仿生纳米通道及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有短距离离子选择性的仿生纳米通道及其制备方法，属于能量转换技术领域以及生物检测技术领域。本发明的纳米通道不同于传统的电子沉积金纳米层，是利用金纳米颗粒的液‑液界面自组装特性及形成的金纳米阵列本身的孔隙构建而得的，其形成的异质膜对阴阳离子具有选择性，并表现为离子电流整流；其金纳米阵列便可以诱导结构产生整流特性，将整流特性产生的结构尺度从微米级缩小到纳米级；其还能够通过对金纳米阵列的孔隙大小、带电荷量、电性、亲疏水性及层数的调节实现对整流大小调控。

技术领域

本发明涉及一种具有短距离离子选择性的仿生纳米通道及其制备方法，属于能量转换技术领域以及生物检测技术领域。

背景技术

细胞膜是细胞的边界，由脂质双分子层以及镶嵌于脂质双分子层中的具有功能特性的蛋白通道组成，这些蛋白孔道属于生物离子通道，对于细胞信号传递、能量转换、物质交换及功能性调控具有重要意义，因此，对于生物离子通道的结构和功能的研究一直是一个热点。

天然的生物离子通道具有结构易碎，化学性质不稳定，易变性等缺陷，这些缺陷均会影响离子通道的研究发展。

目前，常采用纳米材料构建而成的，相对天然的、生物离子通道来说更为坚固、稳定、不易变形的仿生纳米离子通道模拟并替换生物离子通道，以对生物离子通道的结构和功能进行探究，并且，这些采用纳米材料构建而成的仿生纳米离子通道也被发现在生物化学传感、能源转换、离子检测及盐差发电等领域具有重要的作用。

然而，现有的仿生纳米离子通道，如PET锥形通道、石墨烯异质膜、高岭土膜等，由于通道内表面材料具有惰性、尺度大、材料不均一，存在化学修饰难、离子选择性不可控、材料需求量大等缺陷，这些缺陷极大地影响了纳米通道的实际应用，因此，急需找到一种可克服上述缺陷的纳米通道。

细胞膜上的细胞离子通道可以选择性的调节离子进出细胞，并对外界的电压刺激、化合物刺激或者机械压力刺激做出反应，实现离子的选择性运输，而整流特性是离子通道在电压刺激下表现出的离子单方向传输特性。

我们可尝试采用纳米材料仿生离子通道的整流特性，克服现有纳米通道选择性不可控，化学修饰难及材料需求量大等缺陷，从纳米尺度上对生物离子通道的选择特性进行探究。

现在已经有的具有整流特性的纳米通道主要包括两类：一类，是通过蚀刻获得的聚合物纳米孔道，其由于孔道结构的非对称及孔道内表面的电荷作用实现离子选择，表现出离子电流整流特性，其孔道形状包括单锥形、双锥形、雪茄形等；另一类，是通过构建异质结构实现离子的不对称传输，如在氧化铝或氮化硅模板上沉积石墨烯，通过石墨烯与模板结构的不对称性。

遗憾的是，上述两者虽然都是具有整流特性的纳米通道，但是，它们依旧没有解决纳米通道选择性不可控、化学修饰难及材料需求量大等缺陷。

因此，如何得到一种可克服现有纳米通道选择性不可控、化学修饰难、材料需求量大等缺陷，同时，具有结构有序、形貌可控、选择性可控、表面易修饰等优势的仿生纳米通道，仍需进一步的研究，得到的纳米通道的实际效果如何也仍需进一步验证。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种具有短距离离子选择性的仿生纳米通道及其制备方法。此纳米通道不同于传统的电子沉积金纳米层，是利用金纳米颗粒的液-液界面自组装特性及形成的金纳米阵列本身的孔隙构建而得的，其形成的异质膜对阴阳离子具有选择性，并表现为离子电流整流；其金纳米阵列便可以诱导结构产生整流特性，将整流特性产生的结构尺度从微米级缩小到纳米级；其还能够通过对金纳米阵列的孔隙大小、带电荷量、电性、亲疏水性及层数的调节实现对整流大小调控。

本发明的是技术方案如下：

本发明提供了一种具有短距离离子选择性的仿生纳米通道，所述纳米通道是通过将自组装形成的单层有序金纳米阵列转移至阳极氧化铝模板表面形成异质膜结构得到的。