非带电纳米孔中几何诱导的选择性与单向电渗流
流体动力学
2022-04-21 v3 化学物理
摘要
纳米孔中对正负离子的选择性常与电渗流相关，而电渗流的控制在若干微纳流体技术中至关重要。传统上认为选择性是表面电荷改变孔腔内离子分布的结果。本文提出一种在非带电纳米孔中诱导离子选择性与电渗流的纯几何机制，并通过分子动力学模拟进行了验证。我们的方法利用由外电场驱动、在靠近孔入口处修饰膜的同轴空腔中电荷的积累。结果表明选择性依赖于外加电压，且在反转电压时完全反转。离子选择性与电场方向的同步反转导致了单向电渗流。我们建立了定量准确的理论模型，用于设计孔几何以实现所需的电渗速度。最后，我们证明单向电渗流也出现于一种生物孔中，该孔结构在孔收缩区周围具有同轴空腔。在不改变孔腔形状或表面电荷的情况下诱导离子选择性的能力，可能为选择性膜的更灵活设计开辟道路。
引用
@article{arxiv.2104.03390,
title = {Geometrically Induced Selectivity and Unidirectional Electroosmosis in Uncharged Nanopores},
author = {Giovanni Di Muccio and Blasco Morozzo della Rocca and Mauro Chinappi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.03390},
year = {2022}
}