利用SiO2膜中的锥形纳米孔进行基于电荷的分子分离

《ACS Applied Nano Materials》：Charge-Based Molecular Separation Using Conical Nanopores in SiO2 Membranes

通过离子束蚀刻技术制备的SiO?锥形纳米孔膜，经氨基硅烷修饰可改变表面电荷特性，实现带电分子的高效电荷选择性分离，正负电荷膜对相反电荷分子的传输效率分别提升36倍和20倍，成功分离混合溶液中的对立电荷分子。

　　

基于膜的材料在电荷选择性分离方面展现出巨大潜力，成为分离生物分子和纳米颗粒的理想平台。为了实现高效的电荷选择性分子分离，需要具备明确表面电荷特征且孔径分布狭窄的薄膜。然而，现有的膜技术往往难以达到这种高性能。本研究展示了使用二氧化硅（SiO₂）膜中的规则锥形纳米孔作为基于电荷的分子分离平台。这些锥形纳米孔是通过离子束刻蚀技术制备的。通过引入氨基硅烷结构，可以将SiO₂膜原本的负表面电荷转变为正电荷。实验结果表明，根据分子所带电荷的不同，该分离系统能够实现极高的分离效率：带负电荷的纳米孔膜对正电荷分子的传输效率比负电荷分子高出36倍；而带正电荷的纳米孔膜对负电荷分子的传输效率则比正电荷分子高出约20倍。此外，这些膜还展现了有效的基于电荷的分子分离能力，能够成功从混合溶液中分离出带有相反电荷的分子。