Instängt vatten finns brett och spelar viktiga roller i naturliga miljöer, särskilt inuti biologiska nanokanaler. Professor Lei Jiang och hans grupp från State Key Laboratory of Organic Solids, Institutet för kemi, kinesiska vetenskapsakademin, satte sig för att studera denna enhetliga bioniska gräns. Efter flera års innovativ forskning, de utvecklade en serie biomimetiska nanokanaler, levererade en strategi för design och konstruktion av smarta nanokanaler och tillämpade nanokanalerna i energiomvandlingssystem. Författaren trodde att den inre ytans egenskap var basen för begränsad transport. Deras arbete, med titeln "Konstruktion av biomimetiska smarta nanokanaler för begränsat vatten", publicerades i National Science Review .

Naturen har alltid inspirerat teknik, ingenjörskonst och betydande uppfinningar. Genom fyra miljarder års evolution, den naturliga världen uppvisar alla mått på perfekt design och intelligens. Till exempel, lotusblomman kan realisera den självrengörande effekten med sin mikro/nano-kompositstruktur. Vattenstridarna kan gå enkelt och fritt på vattenytan via den speciella mikro- och nanostrukturen på benen. Liknande, det finns många funktionella enheter som kan interagera med vattenmolekyler i organismer. De proteinbaserade jonkanalerna är de goda exemplen på dessa funktionella enheter, som spelar viktiga roller i många fysiologiska processer, som cellulär signalöverföring, energiomvandling, potentiell justering, materiautbyte och systemisk funktionsjustering. Ett anmärkningsvärt exempel är den elektriska ålen, som är kapabel att generera potentialer på ~600 V för att bedöva byten och avvärja rovdjur med mycket selektiva jonkanaler och pumpar på dess cellmembran. Därför, Att lära av naturen kan hjälpa oss att utveckla smarta material och system.

Bioinspirerad från naturen, Jiangs grupp har uppnått fantastiska forskningsresultat inom vattenrelaterade vetenskaper inklusive tvådimensionella gränssnitt med vätning, avvätning och supervätande egenskaper. Baserat på detta arbete, Jiang och medarbetare överförde sitt forskningsintresse till icke-vattenhaltiga system, där de fokuserade på oljevätningsegenskapen. Från detta utvecklade de självrengörande ytor under vatten med inspiration från fiskskinn. Nyligen, Jiangs grupp fokuserade på det instängda vattnet i endimensionella nanostrukturmaterial. Studien undersökte det begränsade vattnet på ytterytorna av endimensionella nanostrukturerade material inklusive spindelsilke och kaktustörn, som kan användas för att samla vatten i luften. De studerade också begränsat vatten som finns i nanokanal, som inkluderade konstruktion och applicering av bioinspirerade nanokanaler. I denna recension, Prof. Jiang expatierade det instängda vattnet som finns i endimensionella mikro/nano-kompositstrukturer i detalj, särskilt inuti biologiska nanokanaler. Att använda dessa nanokanaler som inspiration, de gav en strategi för design och konstruktion av biomimetiska smarta nanokanaler. Viktigt, de har applicerat de abiotiska analogerna på energiomvandlingssystem.

Det instängda vattnet, det är vatten som är begränsat i mikro- eller mesoporer, spelar inte bara en viktig roll för att upprätthålla existensen och utvecklingen av levande organismer, men också den hållbara utvecklingen av det mänskliga samhället. Forskningsresultat av bioinspirerat spindelsilke och kaktustagg visade att den begränsade vatteninsamlingen på dessa endimensionella nanostrukturer var till hjälp för att lösa bristen på sötvattenresurser. Under tiden, biologiska jonkanaler spelade nyckelroller för högeffektiv energiomvandling i organismer på grund av dess nanoskalaeffekt och jonselektivitet. Denna perfekta förening gör att materialet och informationen överförs effektivt med utsidan av organismen, vilket säkerställer dess energiomvandlingseffektivitet långt utöver den traditionella manuella energienheten. Därför, inspirerad av levande system, mycket ansträngning har riktats mot att bygga den funktionella enheten med nanometer flersteg, multipel skala, asymmetrisk struktur, och så vidare, vilket kan öka konverteringseffektiviteten kraftigt och hjälpa oss att lösa den globala energibristen (som visas i figuren).