Angew. Chem. ：嵌段共聚物基静电纺丝异质纳米纤维膜用于可控渗透能输出

经过亿万年的进化，自然界中的生命体演变出各种精巧的结构和近乎完美的功能以适应特定的生活条件。生命体系中含有众多由蛋白质复合物组成的离子通道，这些通道对可溶性分子离子的选择性透过与多种生命过程密切相关，如神经兴奋的传导，中枢神经系统的调控，感受器电位的发生，骨骼肌的收缩，心脏的搏动，平滑肌的蠕动，激素的分泌与绿色植物的光合作用等。天然离子通道具有门控特性，具体来说，离子通道蛋白在外界刺激下会发生特定的构型，电荷，以及浸润性变化。因此，通过不同外界刺激控制离子分子的定向传输，可实现膜电位的建立及离子电流调控。然而，天然离子通道在体外稳定性差，难以满足实际应用需求。为了在体外环境实现生物离子门控功能，研究人员通过向自然学习，采用阳极氧化、径迹刻蚀等方法开发了一系列仿生离子通道。近年来，静电纺丝技术作为一种简易的膜制备方法，取得了快速发展。静电纺丝纳米纤维膜已被广泛应用于水处理、能量转换及柔性可穿戴设备等领域。近期，中国科学院理化技术研究所闻利平研究员和孔祥玉研究员课题组首次将静电纺丝技术引入仿生离子通道领域，构筑了新型仿生异质离子通道膜，实现了在不同pH状态下离子电流大小的调控以及渗透能的可控输出。

该团队通过层层静电纺丝技术制备了由不同嵌段共聚物（PS-b-P2VP和PS-b-PAA）组成的初生异质纳米纤维膜，经过加热和选择性溶胀过程得到具有多孔结构的异质纳米纤维膜。其中，异质纳米纤维膜中P2VP链段在低pH时呈现溶胀、带电、亲水性质，由其组成的膜孔结构表现为关闭状态；在高pH时呈现收缩、中性、疏水性质，膜孔结构表现为打开状态。PAA链段在低pH时呈现收缩、中性、疏水性质，膜孔结构表现为打开状态；在高pH时呈现溶胀、带电、亲水性质，膜孔结构表现为关闭状态。

由于P2VP链段和PAA链段组成的膜孔在不同pH下所呈现的开关状态不同，异质纳米纤维膜在不同pH刺激下可以表现出多种开关状态，实现了可控离子电流的输出。

最后，作者将异质纳米纤维膜应用于渗透能转化体系，在不同的pH刺激下，异质纳米纤维膜基渗透能转化器可以输出不同的功率密度。由于异质纳米纤维膜带有丰富的电荷，可以实现高效渗透能捕获，能量密度最高可达12.34 W m^-2。该工作为仿生离子通道的构筑及渗透能的可控输出提供了新策略。

论文信息

Heterogeneous Electrospinning Nanofiber Membranes with pH-regulated Ion Gating for Tunable Osmotic Power Harvesting文章的第一作者是中国科学院理化技术研究所的2021级直博生凌浩洋和2018级直博生辛伟闻。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202212120