Foldamer-based ultrapermeable and highly selective artificial water channels that exclude protons

福尔达默 化学 纳米技术 材料科学 结晶学
作者
Arundhati Roy,Jie Shen,Himanshu Joshi,Woochul Song,Yu-Ming Tu,Ratul Chowdhury,Ruijuan Ye,Ning Li,Changliang Ren,Manish Kumar,Aleksei Aksimentiev,Huaqiang Zeng
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Springer Nature]
卷期号:16 (8): 911-917 被引量:79
标识
DOI:10.1038/s41565-021-00915-2
摘要

The outstanding capacity of aquaporins (AQPs) for mediating highly selective superfast water transport1–7 has inspired recent development of supramolecular monovalent ion-excluding artificial water channels (AWCs). AWC-based bioinspired membranes are proposed for desalination, water purification and other separation applications8–18. While some recent progress has been made in synthesizing AWCs that approach the water permeability and ion selectivity of AQPs, a hallmark feature of AQPs—high water transport while excluding protons—has not been reproduced. We report a class of biomimetic, helically folded pore-forming polymeric foldamers that can serve as long-sought-after highly selective ultrafast water-conducting channels with performance exceeding those of AQPs (1.1 × 1010 water molecules per second for AQP1), with high water-over-monovalent-ion transport selectivity (~108 water molecules over Cl– ion) conferred by the modularly tunable hydrophobicity of the interior pore surface. The best-performing AWC reported here delivers water transport at an exceptionally high rate, namely, 2.5 times that of AQP1, while concurrently rejecting salts (NaCl and KCl) and even protons. A class of biomimetic, helically folded pore-forming polymeric foldamers can serve as long-sought-after highly selective ultrafast water-conducting channels exceeding those of aquaporins with high water-over-monovalent-ion transport selectivity conferred by the modularly tunable hydrophobicity of the interior pore surface.
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