图丨受电鳗启发的渗透能转换原理的两代进化（来源：National Science Review）
电鳗的起电盘细胞利用 Na 和 K 两种组份的不同配比，形成细胞外高钠离子浓度，低钾离子浓度；细胞内高 K 浓度，低 Na 浓度的溶液环境，再分别通过 Na 通道或 K 通道，进行膜两侧高浓度下的渗透能转换。
受此启发，郭维带领课题组成员，将转角双层石墨烯埃孔作为钾离子通道，通过它来混合等浓度的氯化钾和氯化钠溶液。
单孔产生的电功率虽然仅有 0.2pW，但由于孔道尺寸仅有几埃，可以轻易实现 1016 每平方米的超高数密度。并且，不易受浓度极化的影响，能够实现千瓦级的功率密度。
即将开启量子生物效应的“追梦之旅”
谈到该技术的未来，郭维认为他挖到“宝”了，现有的研究都是在单层的二维膜上造孔，追求膜材料极致的“薄”。
然而，有意思的现象会出现在双层体系中，既保证了原子级的膜厚，又可利用双层二维材料之间特殊的相互作用产生新的效应，这一点在刚刚兴起的转角二维材料物理学中已经得到印证。
郭维认为，转角双层体系大有可为，他们感兴趣的是把这一体系拓展到跨膜输运的研究中。
更有趣的是，在转角双层钾离子通道的研究中，研究人员发现，两个带正电荷的受限钾离子通过石墨烯层间一分子水的介导，被拉近到仅有 3.9 埃的距离，形成相互吸引的作用势。
类比电子超导的 BCS 理论，库珀对中两个配对的电子，它们之间的距离要达到数微米。短的关联距离就意味着对热扰动有更强的耐受力，这预示了蕴含“钾-水-钾”结构的受限离子流体有望成为一种室温下的超离子导体。
“不跟风、不唯上、不唯书”，是他一直追求的科研精神。“我很幸运，两代仿电鳗的工作都与 Wei Guo 的名字联系在一起。”郭维表示，“我们团队论文的数量不算多[1-9]，但我要求把每一篇论文都按照能够成为本领域教科书的标准打造。”
据介绍，作为土生土长的北京人，在阔别本科母校二十年后，郭维将于 2024 年初正式加盟首都师范大学量子物理与智能科学研究中心。
郭维感慨道：“获得物理博士学位，在化学和材料领域闯荡了 15 年后，我决定走出舒适区，开启室温生物量子效应的‘追梦之旅’，并继续推动交叉学科的发展。”
参考资料：
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