仿生非对称碳纳米纤维纳米通道及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开仿生非对称碳纳米纤维纳米通道及其制备方法和应用，所述仿生非对称碳纳米纤维纳米通道包括具有纳米通道的纤维，所述纤维沿长度方向上具有多个区域，所述多个区域由至少两种包覆物包覆，其中，所述包覆物在受力挤压时，所述纤维发生不对称形变；在外力去除时，所述纤维恢复原始状态

【技术实现步骤摘要】
仿生非对称碳纳米纤维纳米通道及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于离子传输
，具体涉及一种仿生非对称碳纳米纤维纳米通道及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]从离子矿物元素的基本吸收到生物能量的高层次转化以及神经信号的敏感传递，离子转运在生物活动中起着重要的作用
。
近年来，人们对生物离子通道蛋白的结构和潜在的离子运输机制进行了大量的研究，离子通道蛋白对光
、
电压
、
机制
、
离子和分子具有刺激响应
。
这些研究不仅加深了对生物离子通道蛋白的认识，而且为开发用于运输特定离子的新型人工纳米通道结构膜提供了研究基础
。
科学家们利用纳米技术
、
分子生物学
、
界面物理化学
、
几何学等综合方法研究和发展仿生纳米通道系统，现阶段已经发展出一类具有重要基础研究价值和应用前景的仿生智能响应性纳米通道系统，在生命科学
、
膜分离
、
纳流器件等领域具有广阔的应用
。
[0003]目前，用于离子传输的纳米通道结构膜的研究主要集中在选择人工原料
(
如组分
)
，构建具有特定几何参数
(
如形状和尺寸
)
和界面特性
(
如电荷
、
润湿性和识别性
)
的纳米通道，且主要是通过静态方法在膜的纳米通道内表面进行功能性分子修饰，获得刺激响应层
。
生物纳米通道的动态几何变化非常重要，如在生理过程和疾病过程中不间断弯曲的细胞间通道
。
然而目前，尽管最新报道了具有电流动态调节的可调谐纳米孔或纳米通道，但主要是通过表面修饰来控制有效孔径以达到调节离子电流的目的
。
而如何赋予人工纳米通道动态形状变化和固定通道大小来控制离子输运仍然是一项具有挑战性的任务
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一，在于一种提供仿生非对称碳纳米纤维纳米通道，包括具有纳米通道的纤维，所述纤维沿长度方向上具有多个区域，所述多个区域由至少两种包覆物包覆，其中，所述包覆物在受力挤压时，所述纤维发生不对称形变；在外力去除时，所述纤维恢复原始状态
。
[0005]在一较佳实施例中，所述仿生非对称碳纳米纤维纳米通道包括具有纳米通道的纤维
、
包覆所述纤维的第一区域的第一包覆物以及包覆所述纤维的第二区域的第二包覆物，其中，所述第一包覆物和第二包覆物在受力挤压时，所述纤维发生不对称形变；在外力去除时，所述纤维恢复原始状态
。
[0006]在另一较佳实施例中，所述仿生非对称碳纳米纤维纳米通道包括具有纳米通道的纤维
、
包覆所述纤维的第一区域的第一包覆物
、
包覆所述纤维的第二区域的第二包覆物以及包覆所述纤维的第三区域的第三包覆物，其中，所述第一包覆物
、
第二包覆物以及第三包覆物在受力挤压时，所述纤维发生不对称形变；在外力去除时，所述纤维恢复原始状态
。
[0007]在本专利技术中，所述纤维包括碳纳米管纤维
、
石墨烯纤维
、
碳纤维中的至少一种
。
[0008]优选地，所述的碳纳米管纤维长径比范围为
100
‑
1000:1。
[0009]在本专利技术中，所述包覆物包括树脂
、
聚酰亚胺与邻苯二甲酸二丁酸酯，所述树脂
、
聚酰亚胺与邻苯二甲酸二丁酸酯的质量比为
(0.8
‑
1.2):(0.4
‑
0.6):(0.2
‑
0.4)。
[0010]优选地，所述树脂包括环氧树脂
、
不饱和树脂
、
酚醛树脂
、
聚氨酯树脂中的至少一种
。
[0011]在本专利技术中，所述包覆物包括
PDMS(
聚二甲基硅氧烷
)、
聚氨酯弹性体
(TPU)
中的至少一种
。
[0012]在本专利技术中，所述不对称形变表现为纤维沿长度方向一半长度上发生的几何形变和另一半长度上发生的几何形变不同
。
[0013]在本专利技术中，所述至少两种包覆物在同等受力条件下的变形程度不同
。
[0014]本专利技术还提供所述仿生非对称碳纳米纤维纳米通道在离子输运调控中的应用，或膜分离或纳流器件方面的应用
。
[0015]本专利技术还提供仿生碳纳米通道的制备方法，包括如下步骤：
[0016]1)
将具有纳米通道的纤维固定；
[0017]2)
采用至少两种包覆物包覆纤维的不同区域；
[0018]其中，所述包覆物在受力挤压时，所述纤维发生不对称形变；在外力去除时，所述纤维恢复原始状态
。
[0019]本专利技术还提供动态离子运输方法，采用前述仿生非对称碳纳米纤维纳米通道，挤压所述包覆物，使所述纤维发生不对称形变，然后撤销压力，使所述纤维恢复原始状态，完成动态离子输运调控
。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0021]1.
本专利技术采用具有纳米通道的纤维作为离子通道，将纤维的不同区域采用至少两种包覆物包覆，制备出仿生纳米通道，该仿生纳米通道具有动态离子整流效应
。
通过对包覆物施加可控的机械压缩力，使纤维发生不对称形变，从而可以实现动态离子输运调控和实时表征
。
[0022]2.
本专利技术采用单根纤维，除了采用不同的压力外，还可根据需要对包覆物的包覆长度进行设计
、
或是采用不同包覆物对纤维进行毫米级别
、
精确实时
、
宽范围的调控
。
[0023]3.
本专利技术通过对动态纳米通道系统的设计与开发，能够为研究和模仿生物体中的动态纳米通道的物质输运性质提供一种全新方法，在生命科学研究中具有重要的意义
。
附图说明
[0024]图1为实施例1仿生非对称碳纳米纤维纳米通道制备流程图
。
[0025]图2为实施例1仿生动态机械响应碳纳米管基纳米通道测试过程
。
[0026]图3为实施例2的仿生动态机械响应碳纳米管基纳米通道结构及受压状态示意图
。
[0027]图4为实施例3的仿生动态机械响应碳纳米管基纳米通道结构及受压状态示意图
。
[0028]图5为实施例3的另一仿生动态机械响应碳纳米管基纳米通道结构及受压状态示意图，和图4相比，各覆盖物的覆盖长度不同
。
[0029]图6为实施例4的仿生动态机械响应碳纳米管基纳米通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
仿生非对称碳纳米纤维纳米通道，其特征在于，包括具有纳米通道的纤维，所述纤维沿长度方向上具有多个区域，所述多个区域由至少两种包覆物包覆，其中，所述包覆物在受力挤压时，所述纤维发生不对称形变；在外力去除时，所述纤维恢复原始状态
。2.
如权利要求1所述的仿生非对称碳纳米纤维纳米通道，其特征在于，所述纤维包括碳纳米管纤维
、
石墨烯纤维
、
碳纤维中的至少一种
。3.
如权利要求2所述的仿生非对称碳纳米纤维纳米通道，其特征在于，所述纤维的长径比为
100
‑
1000:1。4.
如权利要求1所述的仿生非对称碳纳米纤维纳米通道，其特征在于，所述包覆物包括树脂
、
聚酰亚胺与邻苯二甲酸二丁酸酯，所述树脂
、
聚酰亚胺与邻苯二甲酸二丁酸酯的质量比为
(0.8
‑
1.2):(0.4
‑
0.6):(0.2
‑
0.4)。5.
如权利要求4所述的仿生非对称碳纳米纤维纳米通道，其特征在于，所述树脂包括环氧树脂
、
不饱和树脂
、
酚醛树脂
、
聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯旭，王贻兰，曹培，刘静，虞乐建，
申请(专利权)人：嘉庚创新实验室，
类型：发明
国别省市：