Simile ai nostri computer che gestiscono gli elettroni per eseguire i calcoli e le logiche, tutti i circuiti negli esseri viventi si basano sul trasporto di ioni, come il sodio, cloruro, calcio, ecc. La natura sfrutta il trasporto incredibilmente sottile di queste cariche elementari e un'artiglieria di canali ionici per eseguire funzioni avanzate manipolando il comportamento, spesso esotico, del trasporto ionico su scala molecolare. Il raggiungimento di tali caratteristiche nei canali artificiali rimane una sfida considerevole.

Come pubblicato in Natura , I ricercatori del team Micromegas del Dipartimento di Fisica dell'ENS, Parigi in collaborazione con il laboratorio di fisica della materia condensata e il National Graphene Institute presso l'Università di Manchester, sono stati in grado di evidenziare proprietà meccano-sensibili del trasporto ionico in canali artificiali spessi pochi angstrom.

Poco più di due anni fa, I ricercatori di Manchester guidati dalla dott.ssa Radha Boya e dal prof. Sir Andre Geim hanno dimostrato che impilando strati atomici bidimensionali simili all'impilamento di mattoncini Lego, è infatti possibile assemblare canali molecolari e lisci su scala atomica in maniera controllata. Gli strati atomici utilizzati per costruire il canale sono tenuti insieme dalle cosiddette forze di van der Waals. Utilizzando questi canali, i nuovi esperimenti mostrano che una notevole corrente ionica può essere generata quando un flusso viene indotto applicando una differenza di pressione. Separare due bagni in miniatura di soluzioni saline, questi canali di scala angstrom generano corrente ionica quando le molecole d'acqua vengono spinte meccanicamente attraverso di essi.

Dott. Timothée Mouterde, il primo autore di questo studio, disse:"Ancora più sorprendente, applicando un campo elettrico insieme alla pressione, questa corrente di flusso può essere modulata in modo estremamente sensibile."

Il prof. Lydéric Bocquet aggiunge:"Questo nuovo effetto è simile al transistor, ma qui per il trasporto ionico e può essere inteso come gate del flusso di ioni meccanico mediante tensione". Inoltre interessante, le proprietà elettroniche dei materiali della parete di confinamento del canale sembrano influenzare questo "gate di tensione". Questo effetto può essere compreso dall'attrito differenziale di acqua e ioni sulle pareti a queste scale molecolari".

Dottor Ashok Keerthi, che è un coautore ha detto:"All'interno dei nostri canali artificiali che sono spessi solo un paio di atomi d'acqua, acqua e ioni sono organizzati in un monostrato bidimensionale. La capacità di creare canali in scala angstrom così precisi ci ha fornito gli strumenti per esplorare le proprietà anomale dell'acqua e dei flussi".

La dottoressa Radha Boya spiega:"Su scala molecolare, i flussi indotti da pressione e tensione semplicemente non si sommano. Questo accoppiamento tra forze meccaniche ed elettriche dimostrato alle scale finali mostra forti somiglianze con quelle osservate nei canali ionici biologici meccanicamente sensibili come PIEZO1. Questa nuova piattaforma consentirà di esplorare i meccanismi fisici di queste situazioni di confinamento estremo al lavoro nei sistemi viventi, e a lungo termine, per imitare le funzioni di calcolo elementare basate sul trasporto ionico."