Styring af trykdrevet ionisk strøm ved spænding i molekylær skala

Ligesom vores computere, der håndterer elektroner til at udføre beregningerne og logikkerne, alle kredsløb i levende væsener er baseret på transport af ioner, såsom natrium, chlorid, kalk, etc. Naturen udnytter utrolig subtil transport af disse elementære ladninger og et artilleri af ionkanaler til at udføre avancerede funktioner ved at manipulere - ofte eksotisk - adfærd for iontransport på molekylær skala. At opnå sådanne funktioner i kunstige kanaler er fortsat en betydelig udfordring.

Som offentliggjort i Natur , Forskere fra Micromegas -teamet ved fysikafdelingen på ENS, Paris i samarbejde med Condensed Matter Physics -laboratoriet og National Graphene Institute ved University of Manchester, har været i stand til at fremhæve mechano-følsomme egenskaber ved iontransport i få ångstrømme tykke kunstige kanaler.

For godt to år siden, Manchester-forskere under ledelse af Dr. Radha Boya og prof. Sir Andre Geim viste, at ved at stable todimensionale atomlag, der ligner stabling af Lego-klodser, det er faktisk muligt at samle molekylære og glatte kanaler i atomskala på en kontrolleret måde. De atomlag, der bruges til at bygge kanalen, holdes sammen af ​​såkaldte van der Waals-styrker. Ved hjælp af disse kanaler, de nye eksperimenter viser, at der kan genereres betydelig ionstrøm, når en strøm induceres ved at anvende en trykforskel. Adskillelse af to miniaturebade med saltopløsninger, disse kanaler i angstromskala genererer ionstrøm, når vandmolekyler mekanisk skubbes igennem dem.

Dr. Timothée Mouterde, den første forfatter til denne undersøgelse, sagde:"Endnu mere overraskende, ved at anvende et elektrisk felt sammen med tryk, denne strømningsstrøm kan moduleres ekstremt følsomt. "

Prof Lydéric Bocquet tilføjer:"Denne nye effekt ligner transistor, men her for iontransport og kan forstås som gating af mekanisk ionstrøm ved spænding." Endvidere interessant, de elektroniske egenskaber ved kanalens begrænsende vægmaterialer synes at påvirke denne 'spændingsport. "Denne effekt kan forstås ved differentiel friktion af vand og ioner på væggene ved disse molekylære skalaer."

Dr. Ashok Keerthi, der er medforfatter sagde:"Inde i vores kunstige kanaler, der kun er et par vandatomer tykke, vand og ioner er organiseret i et todimensionalt monolag. Evnen til at lave sådanne præcise angstromskanaler har givet os værktøjer til at udforske vandets og strømningens uregelmæssige egenskaber. "

Dr. Radha Boya forklarer:"På molekylær skala, strømme forårsaget af tryk og spænding lægger simpelthen ikke sammen. Denne kobling mellem mekaniske og elektriske kræfter demonstreret på de ultimative skalaer viser stærke ligheder med dem, der observeres i mekanisk følsomme biologiske ionkanaler, såsom PIEZO1. Denne nye platform gør det muligt at udforske de fysiske mekanismer i disse ekstreme indespærringssituationer på arbejde i levende systemer, og på længere sigt, at efterligne elementære beregningsfunktioner baseret på iontransport. "