nanochannel

定义：孔径为1纳米~100纳米的孔道。可用于离子、分子和粒子交换与传输等。

学科：生物物理学_纳米生物学_纳米仿生学

相关名词：自组装 光刻 纳米流体 DNA测序

图片来源：视觉中国

【延伸阅读】

纳米通道是指直径在纳米尺度内的微小通道或孔隙，其尺寸与分子或离子相近。这种通道可以由多种材料制成，如硅、碳、金属氧化物或聚合物等，并可通过自组装、光刻或化学合成等技术制备。纳米通道的独特之处在于其尺寸效应，使得物质在其中的传输行为与宏观通道有显著不同，表现出量子效应、表面效应和受限效应等。

纳米通道制备方法主要有以下几种：

1.光刻和刻蚀：通过光刻技术在材料表面形成图案，再通过刻蚀工艺将图案转移到材料内部，形成纳米通道。例如，在硅片上使用电子束光刻和反应离子刻蚀可以制备出高精度的纳米通道。

2.聚焦离子束：利用聚焦的离子束直接在材料表面刻蚀出纳米通道，适用于制备复杂的三维结构。

3.纳米压印：使用带有纳米图案的模具在材料表面压印出纳米通道，适合大规模生产。

4.自组装：利用分子或纳米颗粒的自组装特性形成纳米通道。例如，嵌段共聚物可以自组装成具有周期性纳米通道的薄膜。

5.模板法：使用多孔材料（如阳极氧化铝）作为模板，通过电化学沉积或化学气相沉积等方法在模板孔道内生长材料，去除模板后得到纳米通道。

6.生物模板法：利用生物分子（如DNA、蛋白质）作为模板，通过化学修饰或自组装形成纳米通道。

7.二维材料：如石墨烯、氮化硼等二维材料可以通过堆叠或引入缺陷形成纳米通道。

目前纳米通道的应用领域十分广泛。在纳米流体领域，利用纳米通道对不同尺寸、电荷或极性的分子进行选择性分离，应用于水处理、药物纯化等领域。此外，利用纳米通道中的离子浓度梯度或压力差能够进行能量转换，可用于开发新型的纳米发电机和能量收集器。在信息技术领域，可以通过纳米通道中的电子传输特性，开发新型的纳米晶体管、存储器和逻辑器件。由于纳米通道中存在的量子效应，还可以实现量子比特的操控和量子信息的传输。在生物医学领域，可以利用纳米通道对DNA分子进行拉伸和检测，实现快速、低成本的DNA测序。或是利用纳米通道对生物分子（如蛋白质、DNA）的高灵敏检测，开发用于疾病诊断和环境监测的新型的生物传感器。

纳米通道作为一种重要的纳米结构，在纳米科技领域具有广泛的应用前景。随着制备技术的不断发展和创新，纳米通道的性能将得到进一步提升，应用范围也将不断扩大，有望在解决能源、环境、健康等全球性挑战中发挥重要作用。

（延伸阅读作者：海南大学 周腾教授）

责任编辑：张鹏辉