具有pH可切换入口门的碳纳米管孔蛋白中的离子传输

《Nano Letters》：Ion Transport in Carbon Nanotube Porins with a pH-Switchable Entrance Gate

纳米流体通道中分子传输受强约束影响，化学功能化形成的pH触发分子门通过开闭状态调控离子传输，第一性原理模拟验证机制及揭示传输细节。

　　

在纳米流体通道中的分子传输与传统的体相传输有着显著的不同。这些通道中的强约束作用放大了表面传输、表面缺陷以及分子门控机制的作用。在这里，我们在纳米管边缘引入了一种化学功能团，该功能团能够作为pH值触发的分子门控器，通过形成一个可移动的盖子来阻塞孔道入口。我们利用离子和质子的传输测量结果证明了这些直径小于1纳米的荧光超短碳纳米管孔蛋白（FUNPs）通过在该分子门控器之间切换“开放”和“关闭”构象来调节离子传输。具体来说，在中性pH值下，通道盖子是打开的，允许离子无阻碍地通过；而在酸性pH值下，盖子会形成“关闭”构象，从而阻塞离子通过纳米管的传输。我们还报告了基于第一性原理的分子动力学（MD）模拟结果，这些结果证实了这种门控机制，并揭示了这些功能性纳米孔中离子和质子传输过程的分子细节。