铂尔曼,洗。利用纳米科学打破了一项速度记录，这可能会导致一系列新的进步，包括改进电池充电、生物传感、软机器人和神经形态计算。

　　华盛顿州立大学和劳伦斯伯克利国家实验室的科学家们发现了一种方法，可以使离子在混合有机离子-电子导体中的移动速度提高十倍以上。这些导体结合了许多生物系统（包括人体）使用的离子信号和计算机使用的电子信号的优点。

　　在《先进材料》杂志上详细介绍的这项新进展，通过利用分子将离子吸引并集中到一个单独的纳米通道中，从而创造出一种微小的“离子高速公路”，从而加速了这些导体中的离子运动。

　　该研究的资深作者、华盛顿州立大学物理学家布莱恩·柯林斯（Brian Collins）说：“能够以一种我们从未做到的方式控制生命一直使用的这些信号，这是非常强大的。”“这种加速也可能对能源储存有好处，这可能会产生重大影响。”

　　这些类型的导体具有很大的潜力，因为它们允许离子和电子同时运动，这对电池充电和能量存储至关重要。它们还为结合生物和电子机制的技术提供动力，比如神经形态计算，它试图模仿人类大脑和神经系统的思维模式。

　　然而，这些导体究竟如何协调离子和电子的运动还没有得到很好的理解。作为这项研究调查的一部分，柯林斯和他的同事们观察到离子在导体内的移动相对缓慢。由于它们的协调运动，缓慢的离子运动也减慢了电流。

　　“我们发现离子在导体中流动得很好，但它们必须通过这个矩阵，就像老鼠窝的管道让电子流动一样。这减慢了离子的速度，”柯林斯说。

　　为了解决这个问题，研究人员为离子创造了一个直的纳米尺寸的通道。然后，它们需要吸引离子。为此，他们求助于生物学。所有的活细胞，包括人体内的细胞，都使用离子通道将化合物移进移出细胞，所以柯林斯的团队使用了在细胞中发现的类似机制：分子喜欢或讨厌水。

　　首先，柯林斯的团队用亲水分子排列通道，吸引溶解在水中的离子，也就是电解质。然后离子在通道中快速移动，其速度比它们单独通过水的速度快十倍以上。离子的运动创造了任何物质中离子速度的新世界纪录。

　　相反，当研究人员用疏水、疏水的材料排列通道时，分子、离子就会远离，而被迫通过速度较慢的“老鼠窝”。

　　柯林斯的研究小组发现，化学反应可以改变分子对电解质的吸引力。这将打开和关闭离子高速公路，就像生物系统控制通过细胞壁的通道一样。

　　作为研究的一部分，研究小组发明了一种传感器，可以快速检测通道附近的化学反应，因为这种反应会打开或关闭离子高速公路，产生计算机可以读取的电脉冲。

　　柯林斯说，这种纳米级的检测能力可以帮助感知环境中的污染，或者在身体和大脑中激活神经元，这是这项发展的许多潜在用途之一。

　　他说：“下一步是真正学习如何控制离子运动的所有基本机制，并以各种方式将这种新现象引入技术。”

　　这项研究得到了美国国家科学基金会的支持。除了柯林斯之外，这项研究的研究人员还包括第一作者塔玛娜·汗，共同作者托马斯·费伦和华盛顿州立大学的阿瓦德·阿洛泰比，以及劳伦斯伯克利国家实验室的特里·迈克菲。