納米孔化學(xué)計(jì)量學(xué)是獲得分子信息的一種全新技術(shù)手段，其應(yīng)用范圍覆蓋分子檢測(cè)、分子動(dòng)力學(xué)分析、生物物理過(guò)程與生物化學(xué)反應(yīng)精確測(cè)量、新污染物監(jiān)測(cè)等多個(gè)重要領(lǐng)域。隨著分子生物學(xué)與新材料研究的重大突破，近年來(lái)科學(xué)家業(yè)已開(kāi)發(fā)了多種納米孔傳感器，包括生物納米孔和基于一維、二維材料的固態(tài)納米孔。然而作為一種全新的檢測(cè)技術(shù)與方法，納米孔化學(xué)計(jì)量學(xué)往往受制于孔的性質(zhì)(材料、結(jié)構(gòu))和電學(xué)檢測(cè)體系(電解質(zhì))等因素，尤其電解質(zhì)對(duì)納米孔的電學(xué)性能的調(diào)控發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，決定了檢測(cè)的分辨率和穩(wěn)定性。因此，揭示納米孔化學(xué)計(jì)量學(xué)中電學(xué)參數(shù)調(diào)控的物理機(jī)制，對(duì)于開(kāi)發(fā)新的、高效的納米孔器件，進(jìn)而滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，是當(dāng)前急需解決的重要問(wèn)題。
 

　　近日，中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院(簡(jiǎn)稱(chēng)“重慶研究院”)王亮團(tuán)隊(duì)在納米孔化學(xué)計(jì)量學(xué)中電學(xué)性能調(diào)控的物理機(jī)制研究中取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“Hofmeister Effect Matters in NanoporeStoichiometry”為題發(fā)表于美國(guó)化學(xué)會(huì)材料學(xué)旗艦期刊《ACS Materials Letters》(雜志封面Featured on Front Cover)。研究人員通過(guò)構(gòu)建炭疽病毒納米孔，作為納米孔器件研究的新范式，深入探討了霍夫曼斯特效應(yīng)對(duì)納米孔穩(wěn)定性和電學(xué)檢測(cè)性能的影響。研究人員構(gòu)建了15種離液鹽電解液體系(陽(yáng)離子：Mg2+, Li+, K+, NH4+；陰離子：SO42-, HCOO-, Cl-, CF3COO-)，發(fā)現(xiàn)不同陽(yáng)離子和陰離子組合而成的離液鹽，因離子的尺寸、電荷密度、水合性和極化性，以及溶液中離子與水分子之間的疏水作用和結(jié)構(gòu)差異，引起的霍夫邁斯特效應(yīng)顯著影響著納米孔器件的穩(wěn)定性和電學(xué)性能，例如有效調(diào)控離子傳輸通道的開(kāi)放性、選擇性和特異性。研究還發(fā)現(xiàn)(圖一)，納米孔電學(xué)性能(如離散常數(shù)、開(kāi)孔電流強(qiáng)度、信噪比、門(mén)控效應(yīng)等)表現(xiàn)為陽(yáng)離子主導(dǎo)或陰離子主導(dǎo)的霍夫邁斯特效應(yīng)，并分別呈現(xiàn)“趨同性效應(yīng)(Kosmotropes)”和“離液效應(yīng)(Chaotropes)”，其中趨同性效應(yīng)增強(qiáng)了納米孔電學(xué)檢測(cè)的穩(wěn)定性；而離液效應(yīng)則削弱納米孔檢測(cè)性能。與此同時(shí)，霍夫邁斯特效應(yīng)優(yōu)化的炭疽納米孔實(shí)現(xiàn)了在單分子水平上對(duì)不同種類(lèi)的分子(氨基酸、多糖、聚合物)的精確識(shí)別與區(qū)分。該研究揭示了納米孔化學(xué)計(jì)量學(xué)中電學(xué)性能調(diào)控的物理機(jī)制--霍夫曼斯特效應(yīng)，并為開(kāi)發(fā)高性能的仿生生物離子傳感器奠定了研究基礎(chǔ)。
 

圖一：霍夫曼斯特效應(yīng)對(duì)納米孔電學(xué)性能的調(diào)控。
 

　　重慶郵電大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生李京為論文第一作者，王亮為論文通訊作者。該工作得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、重慶英才、重慶市自然科學(xué)基金以及中科院“青促會(huì)”等項(xiàng)目的支持。