L'acqua confinata esiste ampiamente e svolge ruoli importanti negli ambienti naturali, in particolare all'interno di nanocanali biologici. Il professor Lei Jiang e il suo gruppo dello State Key Laboratory of Organic Solids, Istituto di Chimica, Accademia cinese delle scienze, deciso di studiare questa frontiera bionica unificata. Dopo diversi anni di ricerca innovativa, hanno sviluppato una serie di nanocanali biomimetici, ha fornito una strategia per la progettazione e la costruzione di nanocanali intelligenti e ha applicato i nanocanali nei sistemi di conversione dell'energia. L'autore pensava che la proprietà della superficie interna fosse la base per il trasporto confinato. Il loro lavoro, dal titolo "Costruzione di nanocanali intelligenti biomimetici per acque confinate", è stato pubblicato in Rassegna scientifica nazionale .

La natura ha sempre fortemente ispirato la tecnologia, ingegneria e invenzioni significative. Attraverso quattro miliardi di anni di evoluzione, il mondo naturale mostra tutte le misure di perfetto design e intelligenza. Per esempio, il loto può realizzare l'effetto autopulente utilizzando la sua struttura micro/nano-composita. I water strider possono camminare facilmente e liberamente sulla superficie dell'acqua grazie alla speciale micro e nanostruttura sulle gambe. Allo stesso modo, ci sono numerose unità funzionali che possono interagire con le molecole d'acqua negli organismi. I canali ionici a base di proteine ​​sono i buoni esempi per queste unità funzionali, che svolgono ruoli importanti in molti processi fisiologici, come il trasferimento del segnale cellulare, conversione di energia, potenziale aggiustamento, scambio di materia e regolazione delle funzioni sistemiche. Un esempio notevole è l'anguilla elettrica, che è in grado di generare potenziali di ~600 V per stordire le prede e allontanare i predatori con canali ionici altamente selettivi e pompe sulla sua membrana cellulare. Perciò, imparare dalla natura potrebbe aiutarci a sviluppare materiali e sistemi intelligenti.

Bio-ispirato dalla natura, Il gruppo di Jiang ha ottenuto ottimi risultati di ricerca nelle scienze legate all'acqua, comprese le interfacce bidimensionali con la bagnatura, proprietà dewetting e superwetting. Sulla base di questo lavoro, Jiang e colleghi hanno trasferito il loro interesse di ricerca a sistemi non acquosi, dove si sono concentrati sulla proprietà di bagnatura dell'olio. Da questo hanno sviluppato superfici autopulenti sott'acqua ispirandosi alla pelle dei pesci. Recentemente, Il gruppo di Jiang si è concentrato sull'acqua confinata in materiali nanostrutturali unidimensionali. Lo studio ha esaminato l'acqua confinata sulle superfici esterne di materiali nanostrutturati unidimensionali tra cui seta di ragno e spine di cactus, che può essere utilizzato per raccogliere l'acqua nell'aria. Hanno anche studiato l'acqua confinata esistente in nanocanali, che includeva la costruzione e l'applicazione di nanocanali di ispirazione biologica. In questa recensione, Il prof. Jiang ha spiegato in dettaglio l'acqua confinata che esiste nelle strutture micro/nano composite unidimensionali, in particolare all'interno di nanocanali biologici. Usando questi nanocanali come ispirazione, hanno fornito una strategia per la progettazione e la costruzione di nanocanali intelligenti biomimetici. È importante sottolineare che hanno applicato gli analoghi abiotici ai sistemi di conversione dell'energia.

L'acqua confinata, cioè acqua confinata in micro- o mesopori, non solo svolge un ruolo importante nel mantenimento dell'esistenza e dello sviluppo degli organismi viventi, ma riguarda anche lo sviluppo sostenibile della società umana. I risultati della ricerca sulla seta di ragno e sulla spina di cactus di ispirazione biologica hanno mostrato che la raccolta di acqua confinata su queste nanostrutture unidimensionali è stata utile per risolvere la carenza di risorse di acqua dolce. Nel frattempo, i canali ionici biologici hanno svolto ruoli chiave per la conversione dell'energia ad alta efficienza negli organismi grazie al loro effetto su scala nanometrica e alla selettività ionica. Questa perfetta unificazione mantiene il materiale e le informazioni che si trasferiscono efficacemente con l'esterno dell'organismo, che garantisce la sua efficienza di conversione energetica ben oltre il tradizionale dispositivo di energia manuale. Perciò, ispirati ai sistemi viventi, molti sforzi sono stati indirizzati verso la costruzione dell'unità funzionale con nanometri multistadio, scala multipla, struttura asimmetrica, e così via, che può migliorare notevolmente l'efficienza di conversione aiutandoci a risolvere la carenza energetica globale (come mostrato nella figura).