水通过具有密集氟化物内表面的纳米通道的超快渗透

图1所示。氟纳米环系列及跨膜氟纳米通道的形成。(A)氟纳米环F¹²NR₄, F¹⁵NR₅, F¹⁸NR₆和F¹²NR₆的分子结构。根据水通过纳米通道的MD模拟得到的径向水密度，计算出纳米环的内径。(B)超分子聚合的F^mNR_n嵌入囊泡磷脂双层膜中形成的氟纳米通道(F^mNC_n)的示意图。(C)水簇在亲疏水纳米通道中的流动示意图。(D)水分子在直径为1.76 nm的虚拟LennardJones (LJ)通道中的悬垂键分布。(E)不同疏水性水平下LJ通道水分子的流速。

图2所示。氟纳米通道的形成。(A~D)在B3LYP/6-31G*理论水平上通过DFT计算得到(A) F¹²NR₄， (B) F¹⁵NR₅， (C) F¹⁸NR₆和(D) F¹²NR₆纳米环的CPK示意图。(E~H)在B3LYP/6-31G*理论水平上，通过DFT计算得到纳米环(E) F¹²NR₄， (F) F¹⁵NR₅， (G) F¹⁸NR₆和(H) F¹²NR₆的静电势图。静电势映射到表面，电子密度为0.0004单位。红色和蓝色的表面分别代表电位的负区域和正区域。(I~L) F¹²NC₄、(J) F¹⁵NC₅、(K) F¹⁸NC₆和(L) F¹²NC₆纳米管由F¹²NR₄、F¹⁵NR₅、F¹⁸NR₆和F¹²NR₆超分子聚合形成的CPK示意图。每个模型都是在B3LYP/6-31G*理论水平上通过DFT计算得到的FmNRn结构的基础上构建的。(M~P) TEM显微图显示了超分子聚合体(M) F¹²NR₄， (N) F¹⁵NR₅， (O) F¹⁸NR₆和(P) F¹²NR₆的风干分散体，该分散体是在DMSO/十五烷中加热5分钟，然后冷却到室温制备的。样品用乙酸铀酰染色。

图3所示。用荧光截流法评价含氟纳米通道的水渗透动力学。(A)荧光阻流测量装置示意图。将NaCl缓冲溶液([HEPES] = 10 mM [NaCl] = 500 mM)加入到含cfoc的DPPC囊泡的HEPES缓冲分散液中([HEPES]= 10 mM， [NaCl] = 100 mM)。由于囊泡外部(300 mM)和内部(100 mM)环境NaCl浓度不同，囊泡磷脂双层膜中产生渗透压。随后，小泡有望通过通道释放水分子并收缩。这一体积收缩事件是通过CF的荧光猝灭来监测的，因为CF在囊泡内部环境中的浓度增加了。(B) 25℃时，在囊泡磷脂双层膜中存在F¹²NR₄(红色，C = 0.0018)和不存在F¹²NR₄(黑色)的情况下，DPPC囊泡中封闭的CF具有代表性的停止流动荧光衰减图。八个衰减剖面取平均值。F (C)依赖的摩尔分数百分比(C) F¹²NR₄ (C), (D) F¹⁵NR₅,(E) F¹⁸NR₆, (F)在DPPC F¹²NR₆渗透相应的囊泡的水渗透系数Pf 25 C .

图4所示。DPPC囊泡中氟纳米通道对水和离子的渗透性。(A) F¹²NC₄、F¹⁵NC₅、F¹⁸NC₆和F¹²NC₆的单通道渗透性，以及CNT(21)和AQP1(19)的渗透性。(B) F¹²NC₄、F¹⁵NC₅、F¹⁸NC₆和F¹²NC₆的单通道透水通量(f)，通过pf除以其透水横截面积得到。CNT(21)和AQP1(19)的值也被显示出来。(C) F¹²NC₄、F¹⁵NC₅、F¹⁸NC₆和F¹²NC₆的反射系数(柱状图中的值)和单通道Cl渗透率bCl(柱状图中轴以下)。ND为检测限以下值。(D)固有水/盐选择性(Pw/Ps)与水渗透性Pw (cm²/s)的关系图。利用已报道的方法计算了在DOPC基质中F^mNC_n、CNT和AQP1重构膜的Pw/Ps和Pw值(27)。

文献来源：Ultrafast water permeation throughnanochannels with a densely fluorous interior surface. Yoshimitsu ItohShuoChenRyota HiraharaTakeshi KondaTsubasa AokiTakumi UedaIchio ShimadaJames J.CannonCheng ShaoJunichiro ShiomiKazuhito V. TabataHiroyuki NojiKohei SatoTakuzoAida. Science, 376 (6594), DOI: 10.1126/science.abd0966

本期投稿：SYY

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