温度调节金纳米通道阵列膜孔径的原理
近年来, 可控功能化表面的研究得到了越来越多的关注, 这种功能化的表面能响应外界条件的变化, 具有“开关性” 和“可逆性”的特点, 又被称为“smart”表面.用于表面性质可逆调控的外界条件包括：光线、pH、电场、温度以及周围的溶剂环境等. 已有人在二维平面基底上通过各种方法制备了不同类型的可控功能化表面, 并对各种表面性质进行了考察, 如表面的浸润性、附着特性等.
随着膜技术和纳米技术的发展, 可控功能化表面已逐步被应用于通道阵列膜. 例如Liu等人将偶氮苯分子修饰在硅纳米通道上, 实现了物质流通量的光可逆调控; Ito等人在26 μm孔径的聚碳酸酯膜上接枝聚甲基丙烯酸(PMAA), 制备了pH响应的通道阵列膜, 考察了不同pH时水分子的渗透性; Kuo等人发展的用于物质流量控制的纳米毛细管阵列膜,采用电场实现了通道开关的控制; Harrell等人利用电场控制锥形金纳米通道阵列膜内修饰的DNA分子, 实现了离子迁移的可逆调控; Chu等人将聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)连接在2.8 μm孔径的聚乙烯膜上, 研究了不同温度下小分子在膜内的扩散行为.
PNIPAm是一种具有温度敏感特性的聚合物.Heskins等人最早报道了PNIPAm接近32℃时, 在水相中可以发生显著的体积改变. Tanaka等人阐述了PNIPAm的不连续相转变性质, 且这种变化是可逆的.
湖南大学王柯敏等人通过在金纳米通道阵列膜上修饰聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)分子, 发展了一种温度敏感的纳米通道阵列膜. 以荧光素钠和水溶性量子点为探针, 考察了这种膜在不同温度下的渗透性. 结果表明,该PNIPAm分子修饰的膜能够可逆地响应外界温度的变化, 使纳米通道的孔径大小被改变, 进而影响膜的渗透性. 当温度为25℃(<低临界溶液温度, LCST)时, 荧光探针的渗透较慢, 甚至基本上被阻止, 这是因为PNIPAm分子呈现膨胀构象使通道尺寸变小所致; 而当温度为40℃(>LCST)时, 荧光探针的渗透明显加快, 这是因为PNIPAm分子呈现紧缩构象使通道尺寸变大所致. 这种温度敏感的金纳米通道阵列膜的渗透性可以被可逆地调控, 有望用于纳米级阀门等装置.