Menneskeskabte syntetiske porer efterligner vigtige træk ved naturlige porer

Inspireret af naturen, et internationalt forskerhold har skabt syntetiske porer, der efterligner aktiviteten af ​​cellulære ionkanaler, som spiller en afgørende rolle for menneskers sundhed ved i høj grad at begrænse de typer materialer, der må trænge ind i celler.

Porerne, som forskerne byggede, er permeable for kaliumioner og vand, men ikke til andre ioner såsom natrium- og lithiumioner.

Denne form for ekstrem selektivitet, mens fremtrædende i naturen, er uden fortilfælde for en syntetisk struktur, sagde University at Buffalo kemiprofessor Bing Gong, PhD, der ledede undersøgelsen.

Projektets succes lægger grundlaget for en række spændende nye teknologier. I fremtiden, videnskabsmænd kunne bruge sådanne meget kræsne porer til at rense vand, dræbe tumorer, eller på anden måde behandle sygdom ved at regulere stofferne inde i celler.

"Idéen til denne forskning stammer fra den biologiske verden, fra vores håb om at efterligne biologiske strukturer, og vi var begejstrede for resultaterne, " sagde Gong. "Vi har skabt den første kvantitativt bekræftede syntetiske vandkanal. Få syntetiske porer er så meget selektive."

Forskningen vises den 17. juli i Naturkommunikation .

Studiets hovedforfattere er Xibin Zhou fra Beijing Normal University; Guande Liu fra Shanghai Jiao Tong University; Kazuhiro Yamato, postdoc ved UB; og Yi Shen fra Shanghai Jiao Tong University og Shanghai Institute of Applied Physics, kinesiske videnskabsakademi. Andre institutioner, der bidrog til arbejdet, omfatter University of Nebraska-Lincoln og Argonne National Laboratory. Frank Bright, en SUNY Distinguished Professor i kemi ved UB, assisteret med spektroskopiske undersøgelser.

For at skabe de syntetiske porer, forskerne udviklede en metode til at tvinge donutformede molekyler kaldet stive makrocykler til at hobe sig oven på hinanden. Forskerne syede derefter disse stakke af molekyler sammen ved hjælp af hydrogenbinding. Den resulterende struktur var et nanorør med en pore på mindre end en nanometer i diameter.

"Dette nanorør kan ses som en stak af mange, mange ringe, " sagde Xiao Cheng Zeng, University of Nebraska-Lincoln Ameritas University professor i kemi, og en af ​​undersøgelsens seniorforfattere. "Ringene samles gennem en proces kaldet selvsamling, og det er meget præcist. Det er det første syntetiske nanorør, der har en meget ensartet diameter. Det er faktisk et sub-nanometer rør. Det er omkring 8,8 ångstrøm."

Det næste trin i forskningen er at tune strukturen af ​​porerne for at tillade forskellige materialer at selektivt passere igennem, og for at finde ud af hvilke kvaliteter der styrer transporten af ​​materialer gennem porerne, sagde Gong.