作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 纳米气泡诱导的离子电流整流
(甲)至(丙)低温透射电子显微照片和相应的离子电流测量，用于(甲)纳米气泡堵塞的纳米吸管，(乙)无纳米气泡的纳米吸管，和(丙)空气填充的纳米吸管
(四)额外的纳米气泡显微照片
学分:科学进步，doi: 10
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abd0126 纳米流体平台可以为生物传感、化学检测和过滤提供可调的材料传输
过去的研究已经基于复杂纳米结构的电学、光学和化学门控方法实现了选择性和可控的离子传输
在《科学进展》杂志上发表的一份新报告中，杰克·拉比诺维茨和美国纽约哥伦比亚大学的一组电气工程、生物科学和生物医学工程的研究人员
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使用纳米气泡的机械控制纳米流体传输
他们机械地产生纳米气泡，通过表面钉扎使其稳定，并使用低温透射电子显微镜技术对其进行验证
该发现与纳米流体设备工程和基于纳米吸管的应用相关
研究纳米气泡的稳定性 在这项工作中，拉比诺维茨等人
研究了纳米气泡如何通过在纳米管道中产生亚稳态纳米气泡来控制纳米流体的传输
表面固定的纳米气泡存在于液-固界面，可以对抗瞬时溶解的物理和热力学预测
研究人员将纳米气泡的长寿命归功于一系列效应，包括三相界面上气体和气体积聚的液体过饱和；绝缘氧化物、导电碳和液体电解质界面
这些机制的一个共同特征是减小了纳米气泡表面和本体气体饱和溶液之间的气相浓度梯度
表面固定的纳米气泡呈现出多种应用，以控制(矫正或增强)纳米流体通道中的离子传输，同时驱动选择性质量传输
在更广泛的应用中，纳米气泡适用于水处理、靶向成像和药物输送
纳米气泡堵塞纳米通道的电子特性
(一)通过3 M KCl单个纳米吸管的离子电流，具有相对的纳米气泡尺寸
纳米气泡通过界面电解质膜诱导表面控制的离子传输，界面电解质膜通过纳米气泡表面电荷(σNB)富含阳离子
(三)离子输运的有限元模拟(一)
(四)(一)中纳米气泡结构的归一化电流噪声谱
(五)纳米流体模型的等效电路表示(二)
界面电解质类似于依赖电压的电阻器
纳米气泡类似于并联电容器
(1)中纳米管道配置的交流阻抗测量值(符号)，适用于单元件并联电阻-电容电路传递函数(线)
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abd0126 在实验过程中，拉比诺维茨等人
通过使电解质流转向通过界面电解质膜，在纳米吸管通道中产生亚稳态纳米气泡
他们用冷冻电子显微镜和透射电子显微镜证实了纳米吸管中存在纳米气泡
该团队在长期研究中监测了纳米气泡堵塞的纳米吸管，以验证它们的亚稳定性，并使用数值模型确认了结果
低温电磁探测纳米气泡及电子表征 Rabinowitz等人
首先用电解质填充纳米移液管，同时将吸头暴露在空气中
通过将这些移液管取出并重新浸入电解液中，它们允许静水压力将额外的电解液驱入吸头，同时表面张力保持空隙
静水压力和表面张力之间的机械竞争产生了不同尺寸的纳米气泡，以改变单个纳米吸管内的纳米气泡结构
纳米气泡诱导的离子电流增强
(一)通过3 M KCl中单个纳米吸管的离子电流
插图:纳米气泡增强电流强度
(二)通过140毫米KCl中单个纳米吸管的离子电流
在较低的离子强度下，纳米气泡诱导更强的电流增强和整流
(三)在140毫米KCl通过带正电荷的纳米吸管的离子电流类似双极纳米流体二极管，其极性由纳米气泡的存在与否决定
(四)通过5毫米KCl单个纳米移液管的离子电流显示，随着电解质稀释度的增加，电流增强和整流进一步增强
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abd0126 研究人员首先使用一组均匀制备的填充有中性缓冲液的纳米吸管测量离子电流，其中周围电解质的离子条件决定了纳米通道的电流-电压响应
他们确认了纳米气泡的亚稳定性，这是由于在连续电压扫描中整流离子电流测量的再现性，并使用低温电磁确认了纳米气泡在纳米吸管内的占据情况
该团队分析了几种为不同纳米气泡配置准备的电子测量，以了解它们的大小如何影响纳米流体的传输
纳米流体传输和纳米气泡增强的离子电导 纳米气泡的尺寸变化可以控制纳米吸管的流体响应并改变纳米流体的传输行为
该团队使用离子传输模拟来支持纳米流体模型，并通过模拟电流-电压响应和阻抗模拟来复制实验趋势，以了解实验系统
该小组研究了纳米气泡的酸碱度依赖性，其中氢氧化物条件(酸碱度2)对受限气泡的减少导致负电荷，而氢氧化物条件(酸碱度12)的增加增加了它们的电荷密度
纳米气泡亚稳定性
(一)通过未受干扰的纳米气泡堵塞的纳米吸管的离子电流
纳米气泡在沉降到低导电状态之前生长了5天，并估计了动态气泡高度(插图)
(二)纳米气泡-电解质气体交换
流出通过球形帽发生，流入通过界面电解质发生
流量大小取决于由接触角和半径决定的界面气体浓度
(三)压力天平(左轴)根据两相压差(绿线)描述电解质(黑色曲线)和纳米气泡(蓝线)压力
溶解气体浓度(右轴，红色虚线)决定了(B)中的流入和流出方式
纳米气泡表面的气体过饱和比与接触角(左轴，实线)
界面电解质中的溶解气体浓度通过略微超过表面浓度(右轴)驱动流入，并取决于界面电解质厚度(虚线和虚线)
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abd0126 Rabinowitz等人
将纳米气泡诱导的电流增强归功于离子浓度富集驱动的非线性电渗流
例如，在140毫米氯化钾(KCl)电解液中的固有纳米管整流(交流到直流功率转换)，使它们能够证实纳米气泡是电导增强的来源
随着进一步稀释，5毫米KCl的纳米气泡产生了更强的电导增强和整流
该团队比较了纳米气泡电导增强的浓度依赖性，以观察表面-体电导比，与通过纳米孔的表面电荷控制传输中观察到的电导比相当
纳米气泡亚稳态模型 研究小组随后使用了可再现的、依赖于几何形状的测量方法，来显示不受电场干扰的纳米气泡在几分钟内的稳定性
通过监测长期气泡堵塞的纳米吸管，他们注意到纳米气泡生长缓慢，其中含有3M KCl的纳米吸管显示出1
3，平均电阻为54兆欧
Rabinowitz使用纳米气泡-电解质气体交换的动态平衡模型解释了气体过饱和液体中纳米气泡的稳定生长，并使用有限元建模和气体定律关系估计了纳米管壁处的溶解气体浓度
低温透射电镜程序
用于记录通过纳米吸管的离子传输的测量装置
在存在或不存在纳米气泡的情况下记录的整流(虚线)和线性(虚线)离子迁移的定性描述
安装在透射电镜网格上的纳米吸头的光学显微照片
记录离子传输后，将吸头放在网格上
为了使成像正常化，单个网格包含多个整流和线性纳米吸管尖端
不对称放置允许透射电镜检查与离子传输测量相关
透射电子显微镜栅格在液态乙烷中低温冷冻，形成玻璃状冰，并在透射电子显微镜检查期间保存在(a，b)中测量的纳米流体结构
学分:科学进步，doi: 10
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abd0126 前景 通过这种方式，杰克·拉比诺维茨和他的同事描述了通过纳米气泡堵塞的纳米管道的离子传输，并观察了在这些条件下纳米气泡的亚稳定性
该团队展示了具有可调离子电流、原子级薄电解质膜和与生物离子通道相当的有效孔径的复合纳米通道
该团队展示了在正向整流方向提高纳米通道电导率的能力，并将这些观察结果归功于非线性电动现象
在这项研究中，他们开发了一种机械技术，在纳米吸管内产生纳米气泡，并制造这些传输系统
这项工作中详述的传输效应与依赖于通过纳米探针的离子电流的应用有关，包括膜片钳电生理学和扫描离子电导显微镜
除此之外，没有外部气体过饱和源的长期纳米气泡生长现象提供了一个新的系统，可以提供对三相界面动力学的洞察
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