August 7, 2012

SELF-ASSEMBLING SUBNANOMETER PORES WITH UNUSUAL MASS-TRANSPORT PROPERTIES


"Self-assembling subnanometer pores with unusual mass-transport properties". X. Zhou, G. Liu, K. Yamato, Y. Shen, R. Cheng, X. Wei, W. Bai, Y. Gao, H. Li, Y. Liu, F. Liu, D. M. Czajkowsky, J. Wang, M. J. Dabney, Z. Cai, J. Hu, F. V. Bright, L. He, X. C. Zeng, Z. Shao, B. Gong. NATURE COMMUNICATIONS 3, 949 (2012). DOI: 10.1038/ncomms1949

A long-standing aim in molecular self-assembly is the development of synthetic nanopores capable of mimicking the mass-transport characteristics of biological channels and pores. Here we report a strategy for enforcing the nanotubular assembly of rigid macrocycles in both the solid state and solution based on the interplay of multiple hydrogen-bonding and aromatic π−π stacking interactions. The resultant nanotubes have modifiable surfaces and inner pores of a uniform diameter defined by the constituent macrocycles. The self-assembling hydrophobic nanopores can mediate not only highly selective transmembrane ion transport, unprecedented for a synthetic nanopore, but also highly efficient transmembrane water permeability. These results establish a solid foundation for developing synthetically accessible, robust nanostructured systems with broad applications such as reconstituted mimicry of defined functions solely achieved by biological nanostructures, molecular sensing, and the fabrication of porous materials required for water purification and molecular separations.

Un objetivo largamente buscado en el autoensamblaje molecular es el desarrollo de nanoporos sintéticos capaces de imitar las características de transporte de masa de los canales y los poros biológicos. Aquí se reporta una estrategia para inducir el ensamblaje nanotubular de macrociclos rígidos tanto en estado sólido como en solución, en base a las interacciones de los múltiples enlaces de hidrógeno y a las interacciones de apilamiento π−π aromático. Los nanotubos que se obtienen tienen superficies modificables y poros interiores de diámetro uniforme, determinados por los constituyentes de los macrociclos. El autoensamblaje de los nanoporos hidrofóbicos pueden regular no sólamente el transporte iónico altamente selectivo a través de las membranas, lo cual ya es un hecho sin precedentes para un nanoporo sintético, sino que también pueden regular eficientemente la permeabilidad de agua a través de las membranas. Estos resultados establecen un fundamento sólido para el desarrollo de sistemas nanoestructurados robustos y de síntesis accesible, con amplias aplicaciones, tales como la imitación de funciones que específicamente sólo pueden realizar las nanoestructuras biológicas, como sensores moleculares y como la fabricación de materiales porosos requeridos para la purficación de agua y para separaciones moleculares.

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