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台湾阳明交通大学《ACS Nano》：点亮纳米世界！光控仿生纳米通道的神奇奥秘

高分子科学前沿  · 公众号  · 化学  · 2024-10-17 07:51

正文

你能想像用光来控制纳米级别的通道，就像按下开关一样简单吗？

台湾阳明交通大学的陈俊太教授团队和德国卡尔斯鲁厄理工学院(Karlsruher Institut für Technologie) Patrick Théato教授团队共同合作，正在将这一幻想变为现实！

近期，他们在《ACS Nano》上发表了一项令人兴奋的研究，开发出一种光控的彷生纳米通道，这不仅有助于防伪，还能调节离子导电性，为未来的科技应用带来无限可能。

灵感来自大自然的启示

这项研究的灵感源于自然界中的绿藻。作为水生生态系统中的重要生产者，绿藻构成了海洋食物网的基础，并通过光合作用参与碳封存和氧气生产。绿藻会利用趋光反应进行移动来获取最大光源，从而在光合作用过程中将光能转化为化学能。
而此时细胞膜中的光控离子通道，视紫红质(Channelrhodopsins, ChRs)会扮演相当重要的角色，它们能够对光作出反应，进而影响离子传输的生物通道，并能调节细胞对光照条件的反应，以达到最佳光合作用和运动等效果。受到这类生物通道的启发，陈俊太教授团队设计了一种光开关离子纳米通道。他们利用阳极氧化铝(Anodic aluminium oxide, AAO)膜作为基础，并通过表面起始原子转移自由基聚合(Surface-initiated atom transfer radical polymerization, SI-ATRP)技术，将光响应的螺吡喃聚合物(Spiropyran polymer, Poly-SP)嵌入纳米通道中。
魔法般的光控开关
那麽，这种纳米通道是如何被光所控制的呢？关键在于螺吡喃结构(Spiropyran)在紫外光照射下发生的可逆开环反应和光致异构化。
简单来说，当你用紫外光照射这种材料时，它的分子结构会发生变化，导致原本关闭的环状结构开启并带有电性。巨观上，其表面会从疏水性变为亲水性，或者反之。这种转变将会直接影响了水在纳米通道中的润湿行为，从而高效地调节离子传输。
肉眼可见的变化，防伪新利器
更令人惊喜的是，这种变化不仅仅发生在微观层面，你甚至可以用肉眼看到材料颜色的改变！
从透明变为深紫色，这种颜色的转变可以在特定区域进行控制，为防伪技术提供了全新的思路。想像一下，未来的防伪标籤只需用紫外光一照，就能立即验证真伪，简单又高效。
多领域的未来应用
这项研究的突破不仅限于防伪。光响应系统因其高敏感度、远程可控性和可逆性，已经在传感器、光控释放、光学信息存储和生物医学工程等领域展现出巨大潜力。纳米通道的光控技术为智能材料、环境监测甚至生物医学工程的未来发展带来了全新的可能性。
总结
台湾阳明交通大学团队和德国卡尔斯鲁厄理工学院团队成功地将光控技术与纳米材料结合，开发出具有光开关功能的离子纳米通道。这不仅为防伪技术提供了创新方案，还为多个高科技领域的未来应用奠定了基础。我们有理由期待，在不久的将来，这种光控纳米技术将走进我们的日常生活，带来更多惊喜和便利。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c08801
来源：高分子科学前沿，作者授权独家发布。
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！

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