Selective Water Transport in an Alanine-Functionalized Metal–Organic Framework: A Computational Study
Notice bibliographique
Résumé
High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Applications of metal–organic frameworks (MOFs) functionalized with biomolecules have primarily focused on the use of these frameworks for bioimaging, catalysis, chiral separation, nanomotors, and drug delivery. However, their use in the design of artificial water channels (AWCs) has yet to be explored. In this work, we computationally explore the performance of a zwitterionic alanine-functionalized Ni-CPO-27 MOF as an AWC. Using density functional theory (DFT) calculations and equilibrium/nonequilibrium molecular dynamics (MD) simulations, the stability, water permeability, and ion selectivity of the proposed AWC are studied. The DFT calculations predict that zwitterionic alanine binds to the coordinatively unsaturated Ni sites almost twofold stronger compared to water. Using the quantum theory of atoms in molecules, it is also found that the zwitterionic alanine molecules are further stabilized through hydrogen bonding between their carboxylate (COO – ) and amino (NH 3 + ) groups. Nonequilibrium MD simulations show that the proposed AWC possesses a high osmotic water permeability of 2.2 ± 0.3 × 10 –15 cm 3 /s/channel, which lies between that observed in aquaporin-0 and aquaporin-1 proteins, while completely excluding Na + and Cl – ions from the channel. The free energies associated with the water and ion transport show that fast water transport may be attributed to the relatively low free energy barriers for water in the channel, whereas the ion exclusion is due to large free energy barriers that the ions cannot overcome even under 100 MPa of applied pressure. By using a crystalline material, the proposed design of an amino acid-functionalized MOF-based AWC represents a departure from previously developed AWCs, which rely on the self-assembly of curated molecules in lipid bilayers or polymer matrices and are susceptible to long-term stability issues.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».