近日，中国科学技术大学苏州高等研究院教授张振团队设计并合成了一种固态氢键有机框架基膜，实现了高性能的由环境湿度控制的质子门控，为高效质子门控系统的设计提供了思路。研究成果日前发表于《自然-通讯》。
生物离子通道由于其零电流闭合状态表现出强烈的门控效应。然而，人工纳米通道的门控能力通常不及生物通道，这主要是因为较大的纳米孔无法在关闭状态下完全阻断离子传输。
张振团队所设计的质子门控机制并非依赖传统的离子阻断/激活效应，而是通过切换质子传输路径来实现。通过密度泛函理论计算表明，框架内由湿度诱导的水桥的可逆形成和破坏，促进了质子传输模式从吸附位点跳跃到Grotthuss机制的转换。进一步地，该研究引入了细菌纤维素，增强了水团簇的脱附和吸附性能，使其实现了高达5740的超高质子门控比，超过了最先进的固态门控装置。
此外，此次研究所开发的膜完全基于固态原理运行，这使其在环境检测到人体健康监测等诸多应用中都具有很高的通用性。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56228-8
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