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摘要：联合研究小组通过利用外部压力打开和关闭安装在纳米流体装置上的纳米阀门，成功控制了溶液中单个分子的流动，有望加速材料可由单分子自由组装的时代的到来。

关键词：纳米阀门、溶剂分子、单个分子可控化学、纳米流体装置、阀门纳米空间

要点

◇通过利用外部压力打开和关闭安装在纳米流体装置上的微型阀门，成功控制了溶液中单个分子的流动。

◇研究发现，阀门内部的纳米空间对分子具有特殊作用。

联合研究小组通过利用外部压力打开和关闭安装在纳米流体装置上的纳米阀门，成功控制了溶液中单个分子的流动。

在所有使用化学反应的研究和行业中，像机器零件一样直接操纵和组装分子是一项梦想技术，但单个分子尺寸很小，大约只有垒球的百万分之一，并且由于它在溶液中运动剧烈且不规则，因此很难对其直接操作。在这种情况下，一种能够直接操纵分子的“纳米流体装置”受到了广泛关注，该装置能够在直径为吸管直径的百万分之一的极细通道中操纵流体。

本研究通过在一侧使用像丝带一样薄而软的玻璃板，在另一侧使用形成具有纳米通道和阀门功能的微型结构的硬玻璃板来制造器件（图1a-c），通过对软玻璃施加外部压力来打开和关闭阀门，成功地直接操纵并控制了溶液中单个分子的流动（图1d）。研究小组还发现，当荧光分子被限制在阀门内部微小的“阀门纳米空间”时，荧光分子发出的光信号被增强，且分子不规则运动得到了抑制。

本研究成果有望加速材料可由单分子自由组装的时代的到来。此外，随着该技术的发展，其将成为适用于各种领域的有用方法，例如适合个人体质的疑难杂症和罕见病治疗药等医疗材料的合成，以及寿命和性能优于以往的电池等工业材料的制造。

图1 a通过纳米阀门控制单个分子流动的纳米流体装置示意图；b软玻璃的数码照片；c 纳米阀门的电子显微镜图像；d纳米阀门的工作原理示意图

针对各种课题，研究小组构想并提倡了“单个分子可控化学”，即把分子当作玩具积木一样，溶液中的化学反应和生化反应的所有过程都在单个分子基础上进行。可以毫不夸张地说，“单个分子可控化学”是化学家们的终极目标之一。本研究是朝着自由操纵溶液中的单个分子迈出的第一步，有朝一日可能会给化学、生物学和材料科学带来一场革命，并改变整个行业。

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利用微型阀门成功控制单个分子的流动