题目：基于聚合物薄膜智能纳米通道的系统设计

纳米通道与传统的微米通道相比，由于其通道内部在电解质溶液中产生双电层，会产生新的流体现象。正如电子学从微电子过渡到纳电子，微米通道（微流控）也将逐步过渡到纳米通道（纳流控）。生物膜中的跨膜蛋白，其尺寸在几个纳米以内，与磷脂双分子层自组装成纳米结构，是自然界中天然存在的纳米通道。受生命体中的离子通道的启发，本论文旨在设计人工纳米流体通道，利用其独特的纳米结构以及功能分子的修饰，在原理上和结构上模仿生物体离子通道的某一个侧面，实现新型智能材料的设计。主要内容如下：1.在纳米孔道基底上设计智能光和pH协同响应的开关。自然界中，光门控的离子通道是最新发现的一类通道，在生物的能量转换过程中起着信号传导的作用。受此启发，我们利用高分子材料结合螺吡喃分子制备人工光响应离子通道，同时受pH的协同调节。由于高分子材料独特的非对称纳米结构，同时表现出类似半导体的整流性质。研究结果有助于揭示生物界的自然现象以及开发新型的光电转换能源材料。2.基于溶液中带电大分子，设计光响应纳米流体通道。利用智能响应性的带电大分子实现对纳米孔道离子输运的操控。在紫外光的照射下，双稳态的光酸带电大分子的价态发生改变，提供一种远程操控离子通道开关的方法。这有助于研究海水淡化能源中的大分子的作用。3.基于光合作用中CO2的作用，设计气体响应纳米流体通道。制备CO2特异性引发的基于单纳米锥形孔内部化学反应的离子整流系统。在植物的光合系统中，CO2的浓度上升导致离子通道的活性增强，CO2/HCO3-在碳酸酐酶的催化下吸附在跨膜蛋白上，导致蛋白的构象发生改变，阴离子偏于从细胞的一端流到另一端。受这个现象的启发，我们采用带有脒基的分子来修饰离子通道，CO2/HCO3-吸附导致电荷可逆的从中性变成正电荷，非对称的锥形结构和带正电的纳米限域的协同效应导致离子整流性质。