Hydrogel-based Bioinspired Ion Channels： Fabrication and Controllable Ion Transport

doi:10.7503/cjcu20220772

Abstract

Abstract:

The controllable ion transport is the basis of most physiological activities， such as the transmission of neural signals， the perception of external stimuli， etc. The key to realize the controllable ion transport is the various protein ion channels in life system. Inspiring researchers endeavor to develop artificial ion channels to subtly tune the ion transportation. Among the developed ion channels， hydrogel-based system exhibits the advantages of high ion selectivity and high ion conductance due to its three-dimensional（3D） charged networks induced space charges and 3D interconnection channels. As hydrogel-based ion channels hold the biocompatibility， deformability， and stable ion storage properties， it has been the focus in intelligence ion transport field and shows great potential in ion electronic circuits， medical health， energy conversion and storage， resources， and environment. To summarize the latest development of the hydrogel-based ion channels， we firstly overview on the construction methods of hydrogel-based intelligent ion channels. Thereafter， the ion transport mechanisms in the hydrogel-based ion channels are summarized， and the applications of such ion channels are categorized. At last， we discuss the existed issues and give the perspective on future development of hydrogel-based ion channels.

Key words: Bioinspired ion channel, Hydrogel, Smart material, Ion transport

CLC Number:

O648

TrendMD:

CHEN Weipeng, KONG Xiangyu, WEN Liping. Hydrogel-based Bioinspired Ion Channels： Fabrication and Controllable Ion Transport[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(6): 20220772.

Figures/Tables 8

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Cross⁃linking type	Gelation mechanism	Gelation method	Example
Noncovalent cross⁃linking	Addition polymerization by carbon⁃carbon double bond	Free radical polymerization	Poly（acrylic acid）
	Condensation reaction	Self⁃cross⁃linking	Poly（vinyl alcohol）+glutaraldehyde
	Schiff base reaction		Polyethyleneimine+terephthalaldehyde
	Borate ester bond		Poly（vinyl alcohol）+sodium tetraborate
	Hydrazone bond		Polymers with hydrazide functional groups
	Disulfide bond		Thioctic acid⁃based hydrogel
	Click chemistry		Hyaluronic acid⁃based hydrogel
Covalent cross⁃linking	Electrostatic interaction	Self⁃cross⁃linking	Sodium alginate+chitosan
	Metal coordination		Poly（acrylic acid）+Fe³⁺
	Hydrophobic association	LSCT/UCST or self⁃cross⁃linking	Poly（N⁃isopropylacrylamide）
	Hydrogen bond	Thermal treatment	Agarose
	Crystallization		Poly（vinyl alcohol）
	Physical entanglement	Self⁃cross⁃linking	Polyethylene glycol（high molecular）
	π⁃π stacking		Poly（3，4⁃ethylenedioxythiophene）
	Host⁃guest interaction		α⁃Cyclodextrin+polyethylene glycol

Cross⁃linking type	Gelation mechanism	Gelation method	Example
Noncovalent cross⁃linking	Addition polymerization by carbon⁃carbon double bond	Free radical polymerization	Poly（acrylic acid）
	Condensation reaction	Self⁃cross⁃linking	Poly（vinyl alcohol）+glutaraldehyde
	Schiff base reaction		Polyethyleneimine+terephthalaldehyde
	Borate ester bond		Poly（vinyl alcohol）+sodium tetraborate
	Hydrazone bond		Polymers with hydrazide functional groups
	Disulfide bond		Thioctic acid⁃based hydrogel
	Click chemistry		Hyaluronic acid⁃based hydrogel
Covalent cross⁃linking	Electrostatic interaction	Self⁃cross⁃linking	Sodium alginate+chitosan
	Metal coordination		Poly（acrylic acid）+Fe³⁺
	Hydrophobic association	LSCT/UCST or self⁃cross⁃linking	Poly（N⁃isopropylacrylamide）
	Hydrogen bond	Thermal treatment	Agarose
	Crystallization		Poly（vinyl alcohol）
	Physical entanglement	Self⁃cross⁃linking	Polyethylene glycol（high molecular）
	π⁃π stacking		Poly（3，4⁃ethylenedioxythiophene）
	Host⁃guest interaction		α⁃Cyclodextrin+polyethylene glycol

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