莫纳什大学的研究人员开发了一种更快、更有效的纳米装置来过滤质子和碱金属离子，这将有助于设计用于清洁能源技术、转换和储存的下一代膜。

新的纳米设备以原子级精度工作，同时通过反向电渗析产生自己的能量。

在发表在《科学进展》杂志上的论文中，由莫纳什大学的澳大利亚桂冠研究员王焕婷教授领导的研究小组发现，一种金属有机框架(MIL-53-COOH)-聚合物纳米流体装置可以模拟两种生物的功能。向内整流钾通道和向外整流质子通道。

“它具有重要的现实意义，特别是对于设计用于清洁能源技术、能源转换和储存、可持续采矿和制造的下一代膜，并在酸和矿物回收方面具有特定应用，”王教授说，他领导了该项目莫纳什大学化学与生物工程系研究员卢军博士。

钾通道是分布最广泛的离子通道类型，几乎存在于所有生物体中。具有原子级精度的离子定向超快传输是细胞膜中生物离子通道的核心功能之一。

这些生物离子通道协同维持跨细胞膜的电解质和pH平衡，这对细胞的生理活动至关重要。

例如，细胞内电解质浓度紊乱，尤其是钾、钠、质子等带正电的离子，被认为与癫痫等某些疾病有直接联系。

受这些功能的启发，由多孔材料构成的人工纳米通道装置已被广泛研究用于纳米流体离子传输的实验研究，以实现在生物离子通道中观察到的离子特异性传输特性。

例如，碳纳米管、石墨烯、聚合物和金属有机框架(MOF)已被用于构建纳米级孔隙，以模拟生物离子通道的原子级离子和分子传输。

然而，直到现在还没有报道发现质子和金属离子的仿生超快整流反向传输。

“在我们的金属有机框架(MIL-53-COOH)-聚合物纳米流体装置中发现的前所未有的离子特异性整流传输行为归因于金属离子和质子的两种不同机制，通过理论模拟得到了解释。这项工作进一步加深了我们对设计人工离子通道，这对纳米流体、膜和分离科学领域很重要，”王教授说。

“这是一个令人兴奋的基本发现，我们希望它能激发对这些重要领域的更多研究，”王教授说。