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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(xì)胞膜上的離子通道可以選擇性地調(diào)控離子進出細(xì)胞。受生物離子通道啟發(fā)，構(gòu)筑類細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)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(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，實現(xiàn)了高通量、選擇性一價金屬離子傳輸。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(jié)構(gòu)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(dá)14.0，測試直徑為5 mm時，K⁺的離子電導(dǎo)可達(dá)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(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。該研究得到國家自然科學(xué)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(shù)相關(guān)研究的最新進展之一。傳統(tǒng)濕法聚合物薄膜制備技術(shù)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(zhǔn)調(diào)控等問題。為此團隊基于凝膠表面準(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），實現(xiàn)了仿貝殼層狀結(jié)構(gòu)超強納米復(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