Mimicking cellular transport mechanism to make solid-state smart nanochannels has long been of great interest for their diverse applications, but it poses a critical synthetic challenge. Covalent organic frameworks (COFs) are porous crystalline materials with tailor-made nanochannels and hold great potential for ion and molecule transport. We demonstrate here for the first time that 2D COFs possess the necessary merits to be promising solid-state nanochannels for selective transport of amino acids, which are the basis for life. By imine condensations of a C3-symmetric trialdehyde and a mixture of diamines with and without divinyl groups, two vinyl-functionalized 2D COFs are crystallized. Both multivariant COFs afford straight 1D mesoporous channels formed by AA or AB stacking of layered hexagonal networks. After post-modification with chiral β-cyclodextrin (β-CD) via thiol-ene click reactions, the COFs are further fabricated into free-standing mixed matrix membranes (MMMs) that can selectively transport amino acids, as revealed by monitoring not only transmembrane ionic current signature but also concentration changes of permeated substrates. Specially, in the membrane system, the AA stacked COF exhibits higher chiral recognition capability toward histidine enantiomers than the AB stacked COF because of its uniform open channels decorated with β-CD. This work highlights the great potential of COF nanochannels as a platform for accumulating functional groups for selective transport of small molecules and even biomolecules in the solid state.

中文翻译：

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用于氨基酸手性选择性跨膜转运的共价有机框架的纳米通道

长期以来，模仿细胞运输机制来制造固态智能纳米通道因其多样化的应用而备受关注，但它提出了一个关键的合成挑战。共价有机骨架 (COF) 是具有定制纳米通道的多孔晶体材料，在离子和分子传输方面具有巨大潜力。我们在此首次证明 2D COF 具有必要的优点，可以成为有前途的固态纳米通道，用于选择性运输氨基酸，而氨基酸是生命的基础。通过 C3 对称三醛和含和不含二乙烯基的二胺混合物的亚胺缩合，结晶出两个乙烯基官能化的 2D COF。两种多变量 COF 均提供由 AA 或 AB 层状六边形网络堆叠形成的直线一维介孔通道。通过硫醇-烯点击反应用手性 β-环糊精 (β-CD) 进行后修饰后，COF 被进一步制造成独立的混合基质膜 (MMM)，可以选择性地运输氨基酸，这通过监测不仅是跨膜离子电流特征以及渗透底物的浓度变化。特别是，在膜系统中，AA 堆叠的 COF 对组氨酸对映体表现出比 AB 堆叠的 COF 更高的手性识别能力，因为其均匀的开放通道被 β-CD 修饰。这项工作突出了 COF 纳米通道作为积累官能团的平台的巨大潜力，用于选择性运输小分子甚至固态生物分子。通过不仅监测跨膜离子电流特征而且监测渗透底物的浓度变化，COF 进一步被制成可以选择性运输氨基酸的独立混合基质膜（MMM）。特别是，在膜系统中，AA 堆叠的 COF 对组氨酸对映体表现出比 AB 堆叠的 COF 更高的手性识别能力，因为其均匀的开放通道被 β-CD 修饰。这项工作突出了 COF 纳米通道作为积累官能团的平台的巨大潜力，用于选择性运输小分子甚至固态生物分子。通过不仅监测跨膜离子电流特征而且监测渗透底物的浓度变化，COF 进一步被制成可以选择性运输氨基酸的独立混合基质膜（MMM）。特别是，在膜系统中，AA 堆叠的 COF 对组氨酸对映体表现出比 AB 堆叠的 COF 更高的手性识别能力，因为其均匀的开放通道被 β-CD 修饰。这项工作突出了 COF 纳米通道作为积累官能团的平台的巨大潜力，用于选择性运输小分子甚至固态生物分子。在膜系统中，AA 堆叠的 COF 比 AB 堆叠的 COF 对组氨酸对映体表现出更高的手性识别能力，因为其均匀的开放通道被 β-CD 修饰。这项工作突出了 COF 纳米通道作为积累官能团的平台的巨大潜力，用于选择性运输小分子甚至固态生物分子。在膜系统中，AA 堆叠的 COF 比 AB 堆叠的 COF 对组氨酸对映体表现出更高的手性识别能力，因为其均匀的开放通道被 β-CD 修饰。这项工作突出了 COF 纳米通道作为积累官能团的平台的巨大潜力，用于选择性运输小分子甚至固态生物分子。