Chemically Modified Nanopores and Nanochannels

 
 
William Andrew (Verlag)
  • 1. Auflage
  • |
  • erschienen am 29. August 2016
  • |
  • 226 Seiten
 
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978-0-323-41362-6 (ISBN)
 

Chemically Modified Nanopores and Nanochannels is devoted to chemically modified nanopores and nanochannels, and covers the fundamentals of transport in chemically modified systems, an account of the different preparation and characterization techniques of chemically modified nanopores, their applications, and case studies.

The book is designed for materials and biomaterials scientists, biomedical engineers, chemists, and chemical engineers who are interested in designing and utilizing processes to synthesize, modify, characterize, use, and model nanopores. The strong chemical focus of the book differentiates it from other books published on nanopores, which traditionally focus either on physics, biophysics, and nanofabrication (solid-state nanopores) or biophysics and biology (biological ion channels and pores).


  • Explains how the chemical modification of nanopores and nanochannels can be used in filtration, membranes, and sensing
  • Provides advanced coverage of novel synthetic applications
  • Focuses on the latest developments in nanopore and nanochannel engineering
  • Presents an account of the different preparation and characterization techniques of chemically modified nanopores, their applications, and case studies
  • Englisch
  • Norwich
  • |
  • USA
Elsevier Science
  • 8,16 MB
978-0-323-41362-6 (9780323413626)
0323413625 (0323413625)
weitere Ausgaben werden ermittelt
  • Front Cover
  • Chemically Modified Nanopores and Nanochannels
  • Copyright Page
  • Contents
  • List of Contributors
  • About the Editors
  • Preface
  • Acknowledgments
  • 1 Introduction to Chemically Modified Nanochannels and Nanopores
  • 1.1 Types of Channels and Pores
  • 1.2 Chemical Modification
  • 1.2.1 Covalent Modification
  • 1.2.1.1 Silica Surfaces
  • 1.2.1.2 Polymer Surfaces
  • 1.2.1.3 Gold Deposition and Modification
  • 1.2.2 Non-Covalent Modification
  • 1.2.2.1 Electrostatic Self-Assembly: Polyelectrolyte Infiltration and Layer-by-Layer Deposition
  • 1.2.2.2 Nanochannel Modification Through Non-Electrostatic Self-Assembly
  • 1.2.3 Co-condensation
  • 1.3 Transport Experiments
  • 1.3.1 Conductance Measurements
  • 1.3.2 Electroactive Probe Measurements
  • 1.3.3 Concentration-Driven Transport
  • References
  • 2 Theoretical Basis for Structure and Transport in Nanopores and Nanochannels
  • 2.1 Fundamental Concepts of Thermodynamics and Transport
  • 2.1.1 The Chemical Potential
  • 2.1.2 Poisson-Boltzmann Equation
  • 2.1.3 Solutions of the Poisson-Boltzmann Equation
  • 2.1.4 Surface Charge Dependent on pH
  • 2.1.5 Polyelectrolyte-Modified Nanopores and Nanochannels
  • 2.1.6 Nernst-Planck Equation
  • 2.1.7 Solvent Flow
  • 2.1.8 Steady-State Conditions
  • 2.2 Solution of Transport Equations
  • 2.2.1 Unipolar Transport
  • 2.2.2 Concentration Polarization
  • 2.2.3 Current Rectification
  • 2.2.4 Access Resistance versus Channel Resistance
  • 2.2.5 Electroosmotic Flow
  • Appendix I Calculation of the Conductance of a Nanopore by Finite Elements
  • Appendix II Symbols Used in This Chapter
  • References
  • 3 Single Ion Track-Etched Nanochannels for Analytical Applications
  • 3.1 Introduction
  • 3.1.1 Etched Single-Ion-Track Membranes
  • 3.1.2 Nanofluidics
  • 3.2 Resistive Pulse Sensing
  • 3.3 Sensing via Current-Voltage Characteristics (or I-V Characteristics for Sensing)
  • 3.4 Conclusions and Outlook
  • References
  • 4 Biomimetic Smart Nanopores and Nanochannels
  • 4.1 Biological Nanopores
  • 4.2 Biomimetic Smart Nanopores
  • 4.2.1 pH-Responsive Nanopores
  • 4.2.2 Temperature-Responsive Nanopores
  • 4.2.3 Light-Responsive Nanopores
  • 4.2.4 Electric Potential Responsive Nanopores
  • 4.2.5 Ion-Responsive Nanopores
  • 4.2.6 Molecular Responsive Nanopores
  • 4.2.7 Multiple Responsive Smart Nanopores
  • 4.3 Conclusions and Outlook
  • References
  • 5 Chemically Modified Nanopores in Colloidal Crystals
  • 5.1 Colloidal Crystals as Nanoporous Materials
  • 5.2 Preparation of Colloidal Nanoporous Materials
  • 5.3 Aminated Colloidal Nanopores
  • 5.4 Sulfonated Colloidal Nanopores
  • 5.5 Spiropyran-Modified Colloidal Nanopores
  • 5.6 Colloidal Nanopores Modified With Chiral Moieties
  • 5.7 Calixarene-Modified Colloidal Nanopores
  • 5.8 Polymer Brush-Modified Colloidal Nanopores
  • 5.8.1 PAAM-Modified Colloidal Nanopores
  • 5.8.2 PNIPAM-Modified Colloidal Nanopores
  • 5.8.3 Polyalanine-Modified Colloidal Nanopores
  • 5.8.4 PDMAEMA-Modified Colloidal Nanopores
  • 5.8.5 PMAA-Modified Colloidal Nanopores
  • 5.8.6 PSPM- and PSSA-Modified Colloidal Nanopores
  • 5.8.7 Polymers With Pendant Chiral Groups
  • 5.9 Aptamer-Modified Colloidal Nanopores
  • 5.10 Summary
  • References
  • 6 Advanced Modeling of Ion Transport in Polymer and Polyelectrolyte-Modified Nanochannels and Nanopores
  • 6.1 Introduction
  • 6.2 Formulation of the Molecular Theory
  • 6.2.1 Equilibrium Molecular Theory
  • 6.2.1.1 Formulation of the Free Energy Functional
  • 6.2.1.2 Functional Minimization of the Free Energy
  • 6.2.1.3 Molecular Theory for Protein Binding
  • 6.2.1.4 Conductance in Quasi-Equilibrium Conditions From Equilibrium Calculations
  • 6.2.2 Nonequilibrium Molecular Theory
  • 6.2.2.1 Formulation of the Nonequilibrium Molecular Theory
  • 6.2.2.2 Boundary Conditions and Current Calculation
  • 6.2.3 Implementation of the Equilibrium and Nonequilibrium Molecular Theories
  • 6.2.3.1 Symmetry Considerations
  • 6.2.3.2 Numerical Implementation
  • 6.3 Structure of Nanopores and Nanochannels Modified by Polymers and Polyelectrolytes
  • 6.3.1 Structure of Uncharged Polymers in Good Solvent
  • 6.3.2 Uncharged Polymers in Poor Solvent: Formation of Self-Organized Aggregates
  • 6.3.3 Polyelectrolyte-Modified Nanopores and Nanochannels
  • 6.3.3.1 Polymer Organization in Polyelectrolyte-Modified Nanopores and Nanochannels
  • 6.3.4 Effects of Nanoconfinement on Ion Distribution and Acid-Base Equilibria
  • 6.4 Conductance of Polyelectrolyte-Modified Nanopores and Nanochannels
  • 6.4.1 Quasi-Equilibrium (Low-Bias) Conductance of Long Nanochannels
  • 6.4.2 Quasi-Equilibrium (Low-Bias) Conductance of Short Nanopores
  • 6.4.3 Nonequilibrium (Large-Bias) Transport in Nanopores: Polyelectrolytes as Electromechanical Gates
  • 6.4.4 Nonequilibrium Transport in Nanopores With Broken Symmetry and Current Rectification
  • 6.5 Protein Binding into Nanochannels and Applications in Biosensing
  • 6.6 Conclusions and Outlook
  • Appendix I Symbols Used in This Chapter
  • References
  • Index
  • Back Cover

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