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钠离子通道是几乎存在于所有细胞中的关键“信号传递器”,它能以极高的选择性将钠离子(Na⁺)快速导入细胞,同时排斥结构相似的钾离子(K⁺),维持生理稳态与神经信号传导。这种天然系统的Na⁺/K⁺选择性高达10⁴,输运速率也极其惊人。近年来,人工生物通道因其在水处理、纳流控器件和离子门控等领域的潜力而备受关注。然而,人工通道要在几乎相同大小的单价离子中做到精准筛分,无异于“分沙挑金”。目前,多数人工钠离子通道的选择性远低于生物系统,Na⁺输运效率也显著滞后。金属有机框架(Metal–Organic Frameworks, MOFs)和共价有机框架(Covalent Organic Frameworks, COFs)是热门材料,其中COFs因其笔直通道和高孔密度被寄予厚望。尽管已有COF膜在二价离子筛分上取得突破,但面对尺寸相差不足2 Å的单价离子,想要兼具“快”与“准”,仍是人工通道研发的最大挑战。
本期NewMIT小编,将向大家介绍一项08月09日发表于《Nature Communications》的突破性研究成果。研究人员成功合成了一种人工钠离子选择性膜,其核心策略是将15-冠-5醚(15-crown-5 ether, 15C5)限域于具有笔直一维通道的DHTA-Hz COF中。