一种分子信号传递能力增强方法技术

本发明专利技术公开了一种分子信号传递能力增强方法，涉及信号传输技术领域，该方法包括：组建多边形石墨烯通道，并置于水溶液中，使通道内部充满水分子；其中，水分子受通道横截面处水与通道内壁相互作用势能分布的影响，固定在多边形石墨烯通道的各个折角处，且沿通道轴向传递分子信号，每个折角对应形成一个信号传递通道；对多边形石墨烯通道进行表面电荷修饰，改变所有信号传递通道的水分子偶极方向，以增强各信号传递通道传递的分子信号强度。该方法基于石墨烯通道的多边结构形状，使一个石墨烯通道具有多个传输链路，提升了分子水平信号的传递能力。递能力。递能力。

【技术实现步骤摘要】
一种分子信号传递能力增强方法


[0001]本专利技术涉及信号传输
，尤其是一种分子信号传递能力增强方法。

技术介绍

[0002]鉴于生物体内拥有大量的分子水平信号传递，并且这些信号传递对于生物体形成有着重要的作用，在当今电子器件规模越来越小的趋势下，基于分子的信号传递和增强研究同样极为重要。由于与水超低的摩擦系数和水结构超高的公度性，水在石墨结构通道的输运和过滤已经被广泛应用于芯片散热和海水淡化，而其中水被认为几乎可以瞬间实现超远距离的信号传递，引起了广泛的研究兴趣。但常规的碳纳米管通道往往以圆形的形式存在，因而在横截面处水分子的分布十分无序，呈现出全同粒子的特性，圆形碳纳米管只有一条水分子链能进行信号输运，因此限制了分子水平信号的传递，并且由于水分子的旋转，导致偶极方向不断改变，大大降低了信号传输的时效性和准确性，从而限制了其实际应用价值。

技术实现思路

[0003]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种分子信号传递能力增强方法，由于多边形石墨烯通道的横截面不再像圆形一样具有全同性，且根据多边形石墨烯通道横截面处水与通道内壁相互作用势能分布的差异，使得水分子会更倾向于分布在势能较低处，从而减小了相同横截面内不同位置水分子的相互影响，增强了分子信号的传递能力。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种分子信号传递能力增强方法，包括如下步骤：
[0006]组建多边形石墨烯通道，并置于水溶液中，使通道内部充满水分子；其中，水分子受通道横截面处水与通道内壁相互作用势能分布的影响，固定在多边形石墨烯通道的各个折角处，且沿通道轴向传递分子信号，每个折角沿轴向对应形成一个信号传递通道；
[0007]对多边形石墨烯通道进行表面电荷修饰，改变所有信号传递通道的水分子偶极方向，以增强各信号传递通道传递的分子信号的强度。
[0008]其进一步的技术方案为，组建多边形石墨烯通道，包括：
[0009]通过化学修饰的方法，对单片石墨烯表面进行氧化，形成羟基、氧原子或氢原子；
[0010]将多个单片氧化石墨烯置于水溶液中进行拼装，或者，将单片氧化石墨烯置于水溶液中进行自组装，得到多边形石墨烯通道。
[0011]其进一步的技术方案为，对多边形石墨烯通道进行表面电荷修饰，改变所有信号传递通道的水分子偶极方向，包括：
[0012]通过在多边形石墨烯通道表面制造缺陷，或引入单个官能团的方法，使多边形石墨烯通道内壁面带有一个负电荷；随着负电荷的引入，与负电荷距离最小的水分子偶极方向将发生变化，从而影响各个信号传递通道内的水分子偶极方向的变化，最终使各个信号传递通道内的水分子偶极方向固定。
[0013]其进一步的技术方案为，该方法还包括：
[0014]调整负电荷在多边形石墨烯通道内壁面的位置和/或强度，实现多边形石墨烯通道具有传递不同的分子信号功能。
[0015]其进一步的技术方案为，该方法还包括：
[0016]分子信号通过水分子整体的偶极方向来描述，包括：
[0017]任一信号传递通道的水分子偶极方向与多边形石墨烯通道轴线的夹角为：
[0018][0019]其中，是信号传递通道的第i个水分子的偶极方向，是多边形石墨烯通道的轴线朝向；
[0020]则该信号传递通道下的水分子整体的平均偶极角度为：
[0021][0022]其中，N(t)是t时刻信号传递通道内的水分子数；
[0023]通过获取每个信号传递通道的平均偶极角度，以此区分传递的分子信号。
[0024]其进一步的技术方案为，多边形石墨烯通道的横截面形状包括三角形、四边形、五边形和六边形，多边形石墨烯通道的宽度根据通道内切圆半径确定。
[0025]其进一步的技术方案为，多边形石墨烯通道的折角角度越小，则折角区域的势能越小，从而对水分子的固定效果越好。
[0026]其进一步的技术方案为，不同横截面形状的石墨烯通道所传递的分子信号的强度不同。
[0027]本专利技术的有益技术效果是：
[0028]一方面上述方法利用了水与多边形石墨烯通道的势能分布差异，相比于圆形碳纳米管的单链传递通道，由于折角的约束作用，使得径向的分子信号运输干扰效果得以削弱，而轴向的分子信号运输得以增强，且存在多个信号传递通道运输分子信号，每个信号传递通道几乎互不影响，大大增强了分子水平信号的传递能力。另一方面，通过对多边形石墨烯通道进行表面电荷修饰，使得所有信号传递通道的水分子整体偶极方向固定，相比于圆形碳纳米管，偶极方向固定的信号传递通道可以增强传递的分子信号强度，使其在保持高效率的同时，降低其输送信号的噪声。
附图说明
[0029]图1是本申请提供的方法流程示意图。
[0030]图2是本申请提供的多边形石墨烯通道的结构示意图，其中：(a)为三角形石墨烯通道结构，(b)为四边形石墨烯通道结构，(c)为五边形石墨烯通道结构，(d)为六边形石墨烯通道结构。
[0031]图3是本申请提供的多边形石墨烯通道与水分子的相互作用势能分布图，其中：(a)对应三角形石墨烯通道结构，(b)对应四边形石墨烯通道结构，(c)对应五边形石墨烯通道结构，(d)对应六边形石墨烯通道结构。
[0032]图4是本申请提供的五边形石墨烯通道的信号传输示意图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步说明。
[0034]如图1所示，本申请提供了一种分子信号传递能力增强方法，包括如下步骤：
[0035]S1：组建多边形石墨烯通道，具体包括：
[0036]S11：通过化学修饰的方法在单片石墨烯表面添加官能团，即对单片石墨烯表面进行氧化，在表面特定位置形成羟基、氧原子或氢原子。其中，特定位置根据组装方式选定，比如采用拼装方式，则单片石墨烯的两侧即为其特定位置；若采用自组装方式，则单片石墨烯形成多边形的折痕处即为其特定位置。
[0037]S12：将多个单片氧化石墨烯置于水溶液中进行拼装，或者，将单片氧化石墨烯置于水溶液中进行自组装，得到多边形石墨烯通道。
[0038]其中，单片石墨烯具有长条状的特点，长度约为0.1
‑
1微米，宽度为5纳米左右。如图2所示，多边形石墨烯通道的横截面形状包括三角形、四边形、五边形和六边形，多边形石墨烯通道的宽度根据通道内切圆半径R确定。
[0039]S2：将S1制备得到的多边形石墨烯通道置于水溶液中，使通道内部充满水分子。
[0040]其中，不同横截面形状的石墨烯通道与水分子的相互作用势能分布如图3(a)
‑
(d)所示，水分子受通道横截面处水与通道内壁相互作用势能分布的影响，固定在多边形石墨烯通道的各个折角处(折角势能小)，且沿通道轴向传递分子信号。即每个折角沿轴向对应形成了一个信号传递通道，减小了相同横截面内不同位置水分子的相互影响，且多个信号传递通道能够增强分子信号的传递能力。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分子信号传递能力增强方法，其特征在于，所述方法包括：组建多边形石墨烯通道，并置于水溶液中，使通道内部充满水分子；其中，水分子受通道横截面处水与通道内壁相互作用势能分布的影响，固定在多边形石墨烯通道的各个折角处，且沿通道轴向传递分子信号，每个折角沿轴向对应形成一个信号传递通道；对多边形石墨烯通道进行表面电荷修饰，改变所有信号传递通道的水分子偶极方向，以增强各信号传递通道传递的分子信号的强度。2.根据权利要求1所述的分子信号传递能力增强方法，其特征在于，所述组建多边形石墨烯通道，包括：通过化学修饰的方法，对单片石墨烯表面进行氧化，形成羟基、氧原子或氢原子；将多个单片氧化石墨烯置于水溶液中进行拼装，或者，将单片氧化石墨烯置于水溶液中进行自组装，得到多边形石墨烯通道。3.根据权利要求1所述的分子信号传递能力增强方法，其特征在于，所述对多边形石墨烯通道进行表面电荷修饰，改变所有信号传递通道的水分子偶极方向，包括：通过在多边形石墨烯通道表面制造缺陷，或引入单个官能团的方法，使多边形石墨烯通道内壁面带有一个负电荷；随着负电荷的引入，与所述负电荷距离最小的水分子偶极方向将发生变化，从而影响各个信号传递通道内的水分子偶极方向的变化，最终使各个信号传递通道内的水分子偶极方向固定。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏宁，许徐君，赵军华，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：