나노 노 칸넬은 이온 및 분자의 움직임을 제어하는 데 사용할 수있는 나노 스케일 구멍 또는 채널이다. 그들은 고유 한 특성 및 잠재적 응용으로 인해 나노 기술, 화학 및 생물학과 같은 분야에 상당한 관심을 끌었습니다. 그러나, 나노 칸넬을 통한 특정 이온의 선택적 전달의 메커니즘을 이해하는 것은 여전히 어려운 일이다.
이 연구에서, 도쿄 대학과 Riken Center for Sustainable Resource Science의 연구원들은 자체 조립 된주기 펩티드에 의해 형성된 나노 칸넬의 이온 선택성을 조사했습니다. 분자 역학 시뮬레이션과 자유 에너지 계산을 사용하여 칼륨 이온과 나노 채널 벽 사이의 상호 작용을 조사하고 다른 알칼리 금속 이온 (리튬, 나트륨, 루비듐 및 세슘)과 비교했습니다.
시뮬레이션은 나노 채널이 다른 알칼리 금속 이온보다 칼륨 이온에 대한 강한 선호를 나타낸다는 것을 보여 주었다. 이러한 선택성은 주로 나노 채널의 내부 표면에서 칼륨 이온과 산소 원자 사이의 특정 상호 작용에 기인한다. 이러한 상호 작용은 칼륨 이온과 나노 채널 사이의 적절한 크기 및 전하 밀도 일치로 인해 다른 알칼리 금속 이온에 비해 칼륨 이온에 대해 더 강합니다.
더욱이, 연구는 나노 채널이 고농도의 다른 이온의 존재 하에도 칼륨 이온과 다른 알칼리 금속 이온을 효과적으로 구별 할 수 있음을 발견했다. 이 놀라운 선택성은 나노 채널 내의 다중 산소 원자의 협력 효과에 기인하며, 이는 칼륨 이온의 결합 및 수송에 총체적으로 기여한다.
연구원들은 또한 이온 선택성에 대한 나노 채널 크기와 적용된 전압의 효과를 조사했습니다. 그들은 나노 채널 크기가 감소함에 따라 이온 선택성이 더욱 두드러지고 나노 채널에 적절한 전압 바이어스를 적용하여 더욱 향상 될 수 있음을 발견했습니다.
이 연구의 결과는 나노 넬의 이온 수송 메커니즘에 대한 귀중한 통찰력을 제공하고 선택적 이온 수송 및 분리에 대한 그들의 잠재력을 강조합니다. 이 연구에서 얻은 근본적인 이해는 이온 분리 막, 바이오 센서 및 에너지 효율적인 담수화 시스템과 같은 다양한 응용 분야에 대한 나노 넬의 합리적인 설계 및 최적화를 안내 할 수 있습니다.
이온과 나노 채널 벽 사이의 상호 작용을 조작함으로써, 광범위한 기술 발전에서 활용 될 수있는 특정 이온의 고도로 선택적인 수송을 달성하고 물 부족, 에너지 소비 및 환경 지속 가능성과 관련된 글로벌 과제를 해결하는 데 기여할 수 있습니다.
