谁说获得诺贝尔化学奖的 MOF*（金属有机框架）*"无用"？
这种几十年前被嫌弃 "只有理论但缺乏实际应用" 的新材料，前脚刚获得诺奖认可，后脚就被做成芯片！
（诺奖组委会这前瞻性 666）
这就是莫纳什大学的科学家们刚刚发布的最新成果------用 MOF 制造超迷你的流体芯片。
不同于传统芯片，不仅可以完成常规计算，还能记住之前的电压变化，形成类似大脑神经元的短期记忆。
正如作者所说，也许这将是新一代计算机的范例：
如果我们能够设计出像 MOF 这样只有几纳米厚的功能性材料，我们就可以制造出先进的流体芯片，以补充甚至克服当今电子芯片的一些局限性。
具有 "类脑" 记忆通路的纳米流体芯片
纳米约束条件下的离子选择性传输正在生物机制仿真、离子分离、离子电子器件等方面展现出潜力，但由于难以制备高精度纳米通道器件，要想实现可调非线性的离子运输其实相当困难。
而用 MOF 材料制作出的纳米流体芯片则解决了这一点。
MOF 本身具备明确的通道结构，而且适配多种化学成分，可以在分子和离子传输过程中完成原子级精度调节。
研究人员基于此，构建了一种分层纳米流体晶体管器件 h-MOFNT。
该器件首先通过在聚合物单纳米通道_（NC）_中组装分层 Zr-MOF-SO₃H 晶体，制备了具有多个异质结的分层 MOF 基纳米流控器件。
具体来说，就是将具有一个子弹形状的纳米通道，即氨基修饰 PET NC 薄膜，夹在两个细胞之间，面向尖端的细胞填充配体水溶液，而另一个细胞则放置金属前体水溶液。
当金属前体和配体分子在 PET NC 内相遇，就会形成核，并在尖端侧进一步聚合成 MOF 晶体。
于是 h-MOFNT 将包含有两种类型的非均质通道结：
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一维 (1D) 异质结：
直径为 100 纳米，位于聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 纳米孔 (PET NC) 和 MOF 密集相之间。
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三维 (3D) 的 MOF 相内部结：
由不同连接类型_（9 连接、12 连接）_的 Zr--O 簇构件相接，通过硫代对苯二甲酸 (H₂BDC-SO₃H) 给予通道表面功能化，形成次级通道。
然后研究人员将 h-MOFNT 放置在不同电压偏置下的 0.1 M 氯化物金属离子溶液中进行电流 - 电压 (I--V) 测试，观察离子_（尤其是质子）_在该器件中的传输特性。
其中，在 HCl 溶液中，低电压_（0 至 0.2V）时电流快速增加，在中间范围 （0.3 至 0.8V）时适度增加，在高电压（0.9 至 2V）_时达到饱和电流水平，电流增长放缓。
不同于常见的二极管式_（rectifying）_整流行为，该器件整体呈现出类似三极管的非线性 质子传输特性，换言之，说明此时质子的传输不是简单的线性随电压增加，而是在一定区间内被 "阈控" 或 "门控"。
而在对其进行漂移扩散实验后，确认 HCl 和 KCl 的阳离子转移数分别为 0.86 和 0.81，说明该特性主要来自于质子 和 K + 离子的非线性电阻开关行为。
随后研究人员研究了浓度对其传输情况的影响，进一步证明了 h-MOFNT 对质子的普遍非线性传输特性。
利用这一性质，研究人员用五个 h-MOFNT 通过并行编程构建了一个小型流体电路，实验发现随着并联的 h-MOFNT 数量从单个到五个依次增加，产生了一系列非线性 I-V 曲线，模拟了通过增加门控电压实现电子 FET 的输出电流特性。
同时当 h-MOFNT 扫描环路电压时，表现出明显的滞后环路效应，并挤压滞后环路，扫描速率下降，表明非线性质子传输对电压扫描频率存在依赖性。
在对两个扫描电压示波器进行相反的扫描顺序时，例如从 - 2V 到 2V，再扫描回 - 2V，h-MOFNT 表现出相同的流体忆阻和学习特性，即在一定条件下，器件能够记住过去电压状态。
原因是因为在 MOF 分层相中，内部电势对质子在施加电压后会进行反向传输，当电压处于 - 2V 到 0V 时，由于质子跨相传导，将迅速产生局部电势ΔE，在级性转换后，ΔE 也会短时间保持高水平再逐渐衰减。
残余ΔE 将在 0V 到 + 2V 时，继续施加相同方向的质子传输，并逐渐产生反向局部电位ΔE′，在 + 2V 到 0V 时，ΔE 已经完全消失，此时质子传输受到ΔE′影响，电流始终处于较低状态，在 0V 到 - 2V 时，受剩下的ΔE′和负电压叠加影响，再次建立起类似于 0V 到 + 2V 的ΔE。
这种建立下来的ΔE 和ΔE′间隔约 10 秒，并可以通过高压扫描频率增强这种流体离子记忆，证明了该纳米流体晶体管具备短期记忆特性和仿生可塑性学习方式。
因此基于单晶胞或多晶胞厚度 MOF 的编程流体芯片是可行的，其在液态系统中体现出的开关、记忆等功能，都呈现出类电子器件的替代效果。
在未来或许只要通过合理设计异构约束系统，就能够实现基于液体的信息存储甚至类脑计算。
"无用" 的 MOF
而在此之前，MOF 一直被普遍认为是 "无用" 的。
即使是诺奖颁布当天，组委会在解释颁发理由时，用词也相当委婉：
MOF 潜力巨大，可以为一些新功能的定制材料提供前所未有的机会。
原因无他，MOF 在理论和应用之间出现明显脱节。
在今年化学奖得主，也是 MOF 创造者------北川进 、理查德 · 罗布森 和奥马尔 ·M· 亚吉提出这一材料后，MOF 一度被视作出论文的 "神奇机器"，几乎任何领域都能往里塞一个 MOF：
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氢气、甲烷储存
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CO₂ 捕集
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电池电极、超级电容
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传感、光电器件
......
相关论文数量一度高达 10 万篇，但真正实现工业化应用的屈指可数。
主要还是因为 MOF 结构稳定性差，很多 MOF 在水或空气中就会分解，而且合成过程复杂、成本昂贵，批量生产也难以维持结构一致性。
所以即使实验室中 MOF 表现优异，但在实际落地中却往往让人大失所望。
但今天 MOF 芯片的出现，反向也证明了该观点有失偏颇：MOF 可能并不是 "无用"，而是还没有找到真正适用的场景。
*参考链接：
1\][x.com/Dr_Singular...](https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fx.com%2FDr_Singularity%2Fstatus%2F1977133218512896270 "https://x.com/Dr_Singularity/status/1977133218512896270") \[2\][www.science.org/doi/10.1126...](https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fwww.science.org%2Fdoi%2F10.1126%2Fsciadv.adw7882 "https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw7882") \[3\][phys.org/news/2025-1...](https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-10-scientists-nanofluidic-chip-brain-memory.html "https://phys.org/news/2025-10-scientists-nanofluidic-chip-brain-memory.html")* **欢迎在评论区留下你的想法！** --- **完** ---