나노포어와 같은 다공성 나노구조물은 물질전달 기초연구뿐만 아니라 수처리, 에너지 변환, 바이오센서 등 다양한 응용 가능성으로 현재 큰 주목을 받고 있다. 초기연구는 수백 나노미터 지름의 포어를 이용한 양/음전하 선택성 물질전달에 주로 집중되었고 현재는 수 나노미터 또는 그 이하의 나노포어를 통한 다기능성 물질전달 시스템이 보고되고 있다. 대표적으로 특정 표적물질(target)과 특이적 결합을 할 수 있는 수용체(receptor)를 포어 내벽에 고정하여 바이러스, 분자, 이온까지 다양한 크기와 성질을 가지는 물질을 선택적으로 수송, 검출할 수 있는 생체모사형 스마트 나노포어 구현 사례가 증가하고 있다. 이와 더불어 생체채널 메커니즘에 기인하여 소수성 나노포어에 전기장, 빛과 같은 외부 자극을 통해 물질전달을 on-off 밸브 형태로 흐름을 능동적으로 제어하는 나노포어도 최근 특히 주목을 받고 있다. 이번 총설에서는 나노포어의 크기(지름, 길이, 구조형태 등), 포어 내벽의 물리화학적 성질을 조절하여 특정 전하, 분자, 이온을 선택적으로 수송 및 제어할 수 있는 나노포어 기반 물질전달 조절 시스템에 관한 동향을 알아본다. 더불어 이를 기반으로 최근 보고된 응용 연구 사례도 함께 소개한다.

Abstract : Mass transport through nanoporous structures such as nanopores or nanochannels has fundamental electrochemical implications and many potential applications as well. These structures can be particularly useful for water treatment, energy conversion, biosensing, and controlled delivery of substances. Earlier research focused on creating nanopores with diameters ranging from tens to hundreds of nanometers that can selectively transport cationic or anionic charged species. However, recent studies have shown that nanopores with diameters of a few nanometers or even less can achieve more complex and versatile transport control. For example, nanopores that mimic biological channels can be functionalized with specific receptors to detect viruses, small molecules, and even ions, or can be made hydrophobic and responsive to external stimuli, such as light and electric field, to act as efficient valves. This review summarizes the latest developments in nanopore-based systems that can control mass transport based on the size of the nanopores (e.g., length, diameter, and shape) and the physical/chemical properties of their inner surfaces. It also provides some examples of practical applications of these systems.