【专家视角】南京大学潘丙才、张炜铭团队JACS：纳米限域离子传输新机制

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为解析离子的限域传输机制，作者设计了一种由聚谷氨酸分子（ γ-PGA ）功能化的二维 Ti ₃ C ₂ T _x 基亚纳米通道膜，该膜具有类似生物离子通道的聚酰胺结构、亚纳米级的限域空间以及相邻的阴 - 阳离子结合位点（图 1A ）。由于 γ-PGA 和 Ti ₃ C ₂ T _x 之间的共价和非共价相互作用， MLM-γ-PGA 展现出优异的稳定性以及亚纳米通道的均一有序性（ 图 1B, C ）。

离子间交互作用调节阳离子传输行为

图 2. MLM-γ-PGA 亚纳米通道内 离子间交互作用调节阳离子传输行为

研究发现， Mg ²⁺ 单独跨膜运输时能够快速通过 MLM-γ-PGA 膜，而当 相同浓度 K ⁺ 存在的条件下， Mg ²⁺ 的渗透速率将下降约 2 个数量级（图 2A, B ），而仅 5 mM 的 KCl 的加入就能使得 0.2 M Mg ²⁺ 的渗透速率降低 72% （图 2C ），这表明 K ⁺ 的存在能够调节 Mg ²⁺ 的运输，而且 MLM-γ-PGA 通道具有精准的离子识别功能 。此外， K ⁺ 对 Mg ²⁺ 的调节过程是可逆的，在循环多次后依然能够保持（图 2D ），进一步表明该过程是由离子 - 离子交互作用主导而不是离子 - 通道作用。在离子间交互作用影响下， K ⁺ 能够抑制 Mg ²⁺ 在 MLM-γ-PGA 膜内的扩散过程，使得 Mg ²⁺ 渗透速率降低（图 2E ）。 K ⁺ 除了能够调节 Mg ²⁺ 的运输外，还能够调节 Na ⁺ 、 Li ⁺ 、 Ca ²⁺ 等离子的运输，值得注意的是 K ⁺ 对于不同阳离子运输的调节程度和离子的水合能相关，水合能越大则被抑制的程度越大（图 2F ）。

“离子对”效应调节金属离子运输与分离机制

图 3. MLM-γ-PGA 亚纳米通道内阴阳离子对的形成及其调节金属离子运输与分离机制

为解析离子间交互作用调节阳离子运输机制，作者对离子通过 MLM-γ-PGA 亚纳米通道的过程进行了分子动力学模拟，模拟结果与实验一致， K ⁺ 的存在会抑制 Mg ²⁺ 的运输（图 3A ），且阳离子是与 Cl ⁻ 形成“离子对”的形式通过通道。值得注意的是，

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