Laboratories nanopore -forskning rammer en nerve

Siden opdagelsen af ​​biologiske ionkanaler og deres rolle i fysiologien, forskere har forsøgt at skabe menneskeskabte strukturer, der efterligner deres biologiske modstykker.

Ny forskning af Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskere og samarbejdspartnere ved University of California, Irvine viser, at syntetiske nanoporer i fast tilstand kan have finjusteret transportadfærd meget som de biologiske kanaler, der tillader en neuron at fyre.

I biologiske ionkanaler, to af de mest spændende egenskaber er evnen til at reagere på eksterne stimuli og skelne mellem to ioner af den samme ladning, såsom natrium og kalium.

Det er velkendt, at syntetiske nanoporer kan skelne mellem positive og negative ioner (såsom kalium og chlorid), men i den nye forskning, holdet var i stand til at skelne mellem natrium- og kaliumioner på trods af deres lige store ladning og næsten identiske størrelse. De kaliumselektive kanaler viste strømme, der var omtrent 80 gange større for kaliumioner end natriumioner, betydeligt højere end noget andet menneskeskabt system har vist og det første for solid-state nanoporer.

"Vi kan bruge vores syntetiske platforme til bedre at forstå, hvordan biologiske systemer fungerer, "sagde Steven Buchsbaum, LLNL personale videnskabsmand og en hovedforfatter af et papir, der optræder i 8. februar udgave af Videnskab fremskridt . "Udførelse af undersøgelser af menneskeskabte systemer bygget fra bunden kan give enestående indsigt i, hvordan disse porer fungerer og de underliggende fysiske fænomener bag dem."

UCI -professor og samarbejdspartner Zuzanna Siwy sagde, at den mest spændende applikation til nanoporerne er deres anvendelse som en byggesten til fremstilling af kunstige biomimetiske systemer, såsom en kunstig neuron.

Biologi anvender ion -selektivitet til at muliggøre energilagring i form af et kemisk potentiale på tværs af en cellemembran. Denne energi kan derefter udnyttes senere, drive processer som nervesignalering. "Evnen til at gøre det samme i menneskeskabte materialer tager os et skridt tættere på at lave syntetisk biomimetisk komponent, "Sagde Siwy.

Evnen til at skelne mellem ioner, der ligner hinanden meget, kan også anvendes på områder som afsaltning/filtrering og biosensering.

"Arbejde med syntetiske nanoporer giver fordelene ved øget kontrol over poredesignet og brug af materialer, der er meget mere robuste end dem, der ses i biologi, "sagde Francesco Fornasiero, LLNL -videnskabsmand og medforfatter. "Dette kan gøre det muligt for os i sidste ende at udskifte eller reparere biologiske materialer med kunstige versioner, der er bedre end deres biologiske modstykker."