限域扩散在物理、化学及生物过程中具有重要意义。许多天然和合成多孔材料（包括细胞内环境）内的纳米颗粒和大分子传质的基本过程都是通过狭窄的收缩部（即“孔”）从一个腔体转移到另一个腔体，这个过程时比较复杂的，一些研究发现空腔逸出的过程可能受到远程（例如，静电）粒子-壁相互作用，瞬时吸附/解吸，表面扩散和流体动力学效应等因素的影响。越来越多的研究表明，纳米粒子，大分子和细菌在受限条件下会遇到意想不到的阻碍和异常扩散，但仍未系统地探索这些因素对空腔逸出和易位的影响。近日，科罗拉多大学博尔德分校的Daniel K. Schwartz等人使用三维（3D）跟踪方法来研究可视化周期性多孔纳米结构中的纳米粒子扩散过程，通过离子强度介导静电相互作用。研究发现静电相互作用对纳米颗粒传输具有显著的影响。通过计算和实验分析的结果表明，这种阻碍孔传输是由于孔区域内的静电能垒引起的，使用DLVO理论对其进行了定量解释。这些研究表明纳米粒子从空穴逸出过程受到势垒限制，并受静电作用支配。相关内容发表在《美国化学会志》上。

文章要点：

1）在存在静电排斥的情况下，纳米颗粒缓慢逸出。对孔附近的势能的详细分析表明，这种趋势是由于静电排斥在孔的入口处产生了一个高能垒，从而大大缩小了有效孔的尺寸，并导致纳米颗粒在低盐条件下的缓慢逸出。

2）在静电相互作用下纳米粒子或大分子的受限扩散对分离和生物过程具有重要意义，通过调整静电相互作用可以定量控制纳米粒子通过毛孔。最新实验研究发现即使在非水系统中，腔体逸出也存在强大的障碍。结合经验观察到（但了解得很少）的非极性溶剂与表面活性剂之间的静电相互作用，这些结果提供了潜在的解释，并指出了空穴逸出的静电屏障对迁移率和孔隙空间可及性的影响，可能会扩展到各种液体填充的多孔材料。

Haichao Wu, et al,. Electrostatic Barriers to Nanoparticle Accessibility of a Porous Matrix, J. Am. Chem. Soc,2020

DOI: 10.1021/jacs.9b12096

https://doi.org/10.1021/jacs.9b12096