【仪表网 研发快讯】纳米孔化学计量学是获得分子信息的一种全新技术手段，其应用范围覆盖分子检测、分子动力学分析、生物物理过程与生物化学反应精确测量、新污染物监测等多个重要领域。随着分子生物学与新材料研究的重大突破，近年来科学家业已开发了多种纳米孔传感器，包括生物纳米孔和基于一维、二维材料的固态纳米孔。然而作为一种全新的检测技术与方法，纳米孔化学计量学往往受制于孔的性质(材料、结构)和电学检测体系(电解质)等因素，尤其电解质对纳米孔的电学性能的调控发挥着至关重要的作用，决定了检测的分辨率和稳定性。因此，揭示纳米孔化学计量学中电学参数调控的物理机制，对于开发新的、高效的纳米孔器件，进而满足不同应用场景的需求，是当前急需解决的重要问题。
近日，中国科学院重庆绿色智能技术研究院(简称“重庆研究院”)王亮团队在纳米孔化学计量学中电学性能调控的物理机制研究中取得进展，相关成果以“Hofmeister Effect Matters in NanoporeStoichiometry”为题发表于美国化学会材料学旗舰期刊《ACS Materials Letters》(杂志封面Featured on Front Cover)。研究人员通过构建炭疽病毒纳米孔，作为纳米孔器件研究的新范式，深入探讨了霍夫曼斯特效应对纳米孔稳定性和电学检测性能的影响。研究人员构建了15种离液盐电解液体系(阳离子：Mg2+, Li+, K+, NH4+；阴离子：SO42-, HCOO-, Cl-, CF3COO-)，发现不同阳离子和阴离子组合而成的离液盐，因离子的尺寸、电荷密度、水合性和极化性，以及溶液中离子与水分子之间的疏水作用和结构差异，引起的霍夫迈斯特效应显著影响着纳米孔器件的稳定性和电学性能，例如有效调控离子传输通道的开放性、选择性和特异性。研究还发现(图一)，纳米孔电学性能(如离散常数、开孔电流强度、信噪比、门控效应等)表现为阳离子主导或阴离子主导的霍夫迈斯特效应，并分别呈现“趋同性效应(Kosmotropes)”和“离液效应(Chaotropes)”，其中趋同性效应增强了纳米孔电学检测的稳定性；而离液效应则削弱纳米孔检测性能。与此同时，霍夫迈斯特效应优化的炭疽纳米孔实现了在单分子水平上对不同种类的分子(氨基酸、多糖、聚合物)的精确识别与区分。该研究揭示了纳米孔化学计量学中电学性能调控的物理机制--霍夫曼斯特效应，并为开发高性能的仿生生物离子传感器奠定了研究基础。
图一：霍夫曼斯特效应对纳米孔电学性能的调控。
重庆邮电大学联合培养硕士研究生李京为论文第一作者，王亮为论文通讯作者。该工作得到了科技部国家重点研发计划、重庆英才、重庆市自然科学基金以及中科院“青促会”等项目的支持。
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