《自然?纳米技术》发表我所“纳米水泵”设计研究成果
最近，中科院上海应用物理所在读研究生弓晓晶和方海平研究员等运用分子动力学模拟方法，利用仿生的思想，参考生物水通道中分布在重要氨基酸残基上的电荷分布，利用特定半径的纳米碳管，设计出使管内水分子定向运动的纳米尺度水泵，并阐明了相关的物理机理。研究结果发表在国际权威科学期刊 Nature 子期刊——《自然? 纳米技术》（ Nature Nanotechnology）10月21日的提前网上版上，《自然?纳米技术》同时刊发专题评论文章指出：“……他们的计算结果预言了有一种最佳的电荷排列方式会使得水被泵向所需的方向，……该研究成果对于设计用于污水处理、海水净化以及生物芯片上的高效纳米水泵具有一定的启示性。”分子机器是人类的一个梦想，是纳米科学技术的一个终极目标。虽然，初步的实验已经构建了一些简单的人工分子器件，如小的有机分子棘轮、纳米车轮等，但是由于目前技术水平的限制，很难做出像生物分子机器那样精细复杂的结构并实现其高级功能。近年来，借鉴生物系统中已有的一些本质的东西来设计具有类似特性的人工分子机器的思路逐渐获得人们的重视。这个纳米谁泵的设计正是这个思路的一个体现。
该工作的一个核心是限制于这种纳米水通道中的水表现出沿着纳米水通道轴向的准一维水链，并在通道内形成准一维氢键网络的特性。在他们的前期工作中已经揭示出，这样的准一维水链表现出优异的力学和电学开关特性（JACS. 127, 7166-7170；Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 3687-3692）。在参考生物水通道中的电荷分布引起的非对称电场作用下，这样的准一维水链在保持特定的氢键方向的同时，又维持相对低的通透阻尼，使水分子定向地从纳米管道的一端流向另一端。
该项研究工作是中科院上海应用物理所与浙江大学、英国曼彻斯特大学的研究人员共同合作完成，得到了中国科学院、国家自然科学基金委、科技部、人事部和上海市人民政府（通过上海超级计算中心）的共同资助。
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