Adaptive Gating Enhances Intelligent Membranes for Cellular Functions and Precise Separations

渗透 门控 材料科学 纳米技术 离子键合 选择性 石墨烯 离子通道 离子 生物物理学 化学 渗透 催化作用 有机化学 生物化学 受体 生物
作者
Mengchen Zhang,Chao Xing,Jianan Huang,Peishan Li,Long Jiang,Lingfeng Liu,Jianbo Jia,Xiwang Zhang,Shanqing Zhang,Changyu Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (8) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adfm.202310647
摘要

Abstract Intelligent membranes with adaptive gating channels play a crucial role in cellular functions and separation processes. This study introduces a novel approach to controlling channel expansion using biomimetic adaptive aggregates, fundamentally overcoming the drawbacks of existing methods relying on intertwined polyelectrolyte chains for channel blockage. Specifically, a pH‐responsive 2D material membrane is constructed through the self‐assembling of protein‐mimetic zwitterionic polydopamine (ZPDA) soft molecular aggregates within graphene oxide (GO) interlayers. Similar to the conformational switch of inserted proteins in cellular membranes, the embedded ZPDA in GO nanofluidic channels undergoes an adaptive conformational transformation in response to pH changes. This dynamic adjustment of ZPDA physicochemical properties allows for reversible regulation of GO nanofluidic channel size and charge by external pH modulation. The resulting GO/ZPDA membrane exhibits programmable separation performance for dye molecules (i.e., water permeance of 18.8–35.4 L m −2 h −1 bar −1 and molecular selectivity of 73.7–32.9) and salt ions (i.e., ionic permeance of 0.69–1.25 mol m −2 h −1 and ionic selectivity of 20.8–21.9). This work sheds new light on the engineering of intelligent stimuli‐responsive 2D nanofluidic channels with adaptive gating properties, holding promise across a wide range of applications including separation, drug delivery, sensing, and catalysis.
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