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定義：孔徑為1納米~100納米的孔道?？捎糜陔x子、分子和粒子交換與傳輸?shù)取?/p>

學(xué)科：生物物理學(xué)_納米生物學(xué)_納米仿生學(xué)

相關(guān)名詞：自組裝 光刻 納米流體 DNA測序

圖片來源：視覺中國

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納米通道是指直徑在納米尺度內(nèi)的微小通道或孔隙，其尺寸與分子或離子相近。這種通道可以由多種材料制成，如硅、碳、金屬氧化物或聚合物等，并可通過自組裝、光刻或化學(xué)合成等技術(shù)制備。納米通道的獨(dú)特之處在于其尺寸效應(yīng)，使得物質(zhì)在其中的傳輸行為與宏觀通道有顯著不同，表現(xiàn)出量子效應(yīng)、表面效應(yīng)和受限效應(yīng)等。

納米通道制備方法主要有以下幾種：

1.光刻和刻蝕：通過光刻技術(shù)在材料表面形成圖案，再通過刻蝕工藝將圖案轉(zhuǎn)移到材料內(nèi)部，形成納米通道。例如，在硅片上使用電子束光刻和反應(yīng)離子刻蝕可以制備出高精度的納米通道。

2.聚焦離子束：利用聚焦的離子束直接在材料表面刻蝕出納米通道，適用于制備復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。

3.納米壓印：使用帶有納米圖案的模具在材料表面壓印出納米通道，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

4.自組裝：利用分子或納米顆粒的自組裝特性形成納米通道。例如，嵌段共聚物可以自組裝成具有周期性納米通道的薄膜。

5.模板法：使用多孔材料（如陽極氧化鋁）作為模板，通過電化學(xué)沉積或化學(xué)氣相沉積等方法在模板孔道內(nèi)生長材料，去除模板后得到納米通道。

6.生物模板法：利用生物分子（如DNA、蛋白質(zhì)）作為模板，通過化學(xué)修飾或自組裝形成納米通道。

7.二維材料：如石墨烯、氮化硼等二維材料可以通過堆疊或引入缺陷形成納米通道。

目前納米通道的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。在納米流體領(lǐng)域，利用納米通道對不同尺寸、電荷或極性的分子進(jìn)行選擇性分離，應(yīng)用于水處理、藥物純化等領(lǐng)域。此外，利用納米通道中的離子濃度梯度或壓力差能夠進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，可用于開發(fā)新型的納米發(fā)電機(jī)和能量收集器。在信息技術(shù)領(lǐng)域，可以通過納米通道中的電子傳輸特性，開發(fā)新型的納米晶體管、存儲(chǔ)器和邏輯器件。由于納米通道中存在的量子效應(yīng)，還可以實(shí)現(xiàn)量子比特的操控和量子信息的傳輸。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可以利用納米通道對DNA分子進(jìn)行拉伸和檢測，實(shí)現(xiàn)快速、低成本的DNA測序?；蚴抢眉{米通道對生物分子（如蛋白質(zhì)、DNA）的高靈敏檢測，開發(fā)用于疾病診斷和環(huán)境監(jiān)測的新型的生物傳感器。

納米通道作為一種重要的納米結(jié)構(gòu)，在納米科技領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著制備技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，納米通道的性能將得到進(jìn)一步提升，應(yīng)用范圍也將不斷擴(kuò)大，有望在解決能源、環(huán)境、健康等全球性挑戰(zhàn)中發(fā)揮重要作用。

（延伸閱讀作者：海南大學(xué) 周騰教授）

責(zé)任編輯：張鵬輝