臺灣陽明交通大學《ACS Nano》：點亮納米世界！光控仿生納米通道的神奇奧秘

你能想像用光來控制納米級別的通道，就像按下開關一樣簡單嗎？

臺灣陽明交通大學的陳俊太教授團隊和德國卡爾斯魯厄理工學院(Karlsruher Institut für Technologie) Patrick Théato教授團隊共同合作，正在將這一幻想變爲現實！

近期，他們在《ACS Nano》上發表了一項令人興奮的研究，開發出一種光控的彷生納米通道，這不僅有助於防僞，還能調節離子導電性，爲未來的科技應用帶來無限可能。

靈感來自大自然的啓示

這項研究的靈感源於自然界中的綠藻。作爲水生生態系統中的重要生產者，綠藻構成了海洋食物網的基礎，並通過光合作用參與碳封存和氧氣生產。綠藻會利用趨光反應進行移動來獲取最大光源，從而在光合作用過程中將光能轉化爲化學能。

而此時細胞膜中的光控離子通道，視紫紅質(Channelrhodopsins, ChRs)會扮演相當重要的角色，它們能夠對光作出反應，進而影響離子傳輸的生物通道，並能調節細胞對光照條件的反應，以達到最佳光合作用和運動等效果。受到這類生物通道的啓發，陳俊太教授團隊設計了一種光開關離子納米通道。他們利用陽極氧化鋁(Anodic aluminium oxide, AAO)膜作爲基礎，並通過表面起始原子轉移自由基聚合(Surface-initiated atom transfer radical polymerization, SI-ATRP)技術，將光響應的螺吡喃聚合物(Spiropyran polymer, Poly-SP)嵌入納米通道中。

魔法般的光控開關

那麼，這種納米通道是如何被光所控制的呢？關鍵在於螺吡喃結構(Spiropyran)在紫外光照射下發生的可逆開環反應和光致異構化。

簡單來說，當你用紫外光照射這種材料時，它的分子結構會發生變化，導致原本關閉的環狀結構開啓並帶有電性。巨觀上，其表面會從疏水性變爲親水性，或者反之。這種轉變將會直接影響了水在納米通道中的潤溼行爲，從而高效地調節離子傳輸。

肉眼可見的變化，防僞新利器

更令人驚喜的是，這種變化不僅僅發生在微觀層面，你甚至可以用肉眼看到材料顏色的改變！

從透明變爲深紫色，這種顏色的轉變可以在特定區域進行控制，爲防僞技術提供了全新的思路。想像一下，未來的防僞標籤只需用紫外光一照，就能立即驗證真僞，簡單又高效。

多領域的未來應用

這項研究的突破不僅限於防僞。光響應系統因其高敏感度、遠程可控性和可逆性，已經在傳感器、光控釋放、光學信息存儲和生物醫學工程等領域展現出巨大潛力。納米通道的光控技術爲智能材料、環境監測甚至生物醫學工程的未來發展帶來了全新的可能性。

總結

臺灣陽明交通大學團隊和德國卡爾斯魯厄理工學院團隊成功地將光控技術與納米材料結合，開發出具有光開關功能的離子納米通道。這不僅爲防僞技術提供了創新方案，還爲多個高科技領域的未來應用奠定了基礎。我們有理由期待，在不久的將來，這種光控納米技術將走進我們的日常生活，帶來更多驚喜和便利。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c08801

來源：高分子科學前沿，作者授權獨家發佈。

聲明：僅代表作者個人觀點，作者水平有限，如有不科學之處，請在下方留言指正！