【儀表網 研發快訊】納米孔化學計量學是獲得分子信息的一種全新技術手段，其應用范圍覆蓋分子檢測、分子動力學分析、生物物理過程與生物化學反應精確測量、新污染物監測等多個重要領域。隨著分子生物學與新材料研究的重大突破，近年來科學家業已開發了多種納米孔傳感器，包括生物納米孔和基于一維、二維材料的固態納米孔。然而作為一種全新的檢測技術與方法，納米孔化學計量學往往受制于孔的性質(材料、結構)和電學檢測體系(電解質)等因素，尤其電解質對納米孔的電學性能的調控發揮著至關重要的作用，決定了檢測的分辨率和穩定性。因此，揭示納米孔化學計量學中電學參數調控的物理機制，對于開發新的、高效的納米孔器件，進而滿足不同應用場景的需求，是當前急需解決的重要問題。
近日，中國科學院重慶綠色智能技術研究院(簡稱“重慶研究院”)王亮團隊在納米孔化學計量學中電學性能調控的物理機制研究中取得進展，相關成果以“Hofmeister Effect Matters in NanoporeStoichiometry”為題發表于美國化學會材料學旗艦期刊《ACS Materials Letters》(雜志封面Featured on Front Cover)。研究人員通過構建炭疽病毒納米孔，作為納米孔器件研究的新范式，深入探討了霍夫曼斯特效應對納米孔穩定性和電學檢測性能的影響。研究人員構建了15種離液鹽電解液體系(陽離子：Mg2+, Li+, K+, NH4+；陰離子：SO42-, HCOO-, Cl-, CF3COO-)，發現不同陽離子和陰離子組合而成的離液鹽，因離子的尺寸、電荷密度、水合性和極化性，以及溶液中離子與水分子之間的疏水作用和結構差異，引起的霍夫邁斯特效應顯著影響著納米孔器件的穩定性和電學性能，例如有效調控離子傳輸通道的開放性、選擇性和特異性。研究還發現(圖一)，納米孔電學性能(如離散常數、開孔電流強度、信噪比、門控效應等)表現為陽離子主導或陰離子主導的霍夫邁斯特效應，并分別呈現“趨同性效應(Kosmotropes)”和“離液效應(Chaotropes)”，其中趨同性效應增強了納米孔電學檢測的穩定性；而離液效應則削弱納米孔檢測性能。與此同時，霍夫邁斯特效應優化的炭疽納米孔實現了在單分子水平上對不同種類的分子(氨基酸、多糖、聚合物)的精確識別與區分。該研究揭示了納米孔化學計量學中電學性能調控的物理機制--霍夫曼斯特效應，并為開發高性能的仿生生物離子傳感器奠定了研究基礎。
圖一：霍夫曼斯特效應對納米孔電學性能的調控。
重慶郵電大學聯合培養碩士研究生李京為論文第一作者，王亮為論文通訊作者。該工作得到了科技部國家重點研發計劃、重慶英才、重慶市自然科學基金以及中科院“青促會”等項目的支持。
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