Dalla scoperta dei canali ionici biologici e del loro ruolo nella fisiologia, gli scienziati hanno tentato di creare strutture artificiali che imitano le loro controparti biologiche.

Nuova ricerca di scienziati e collaboratori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) presso l'Università della California, Irvine mostra che i nanopori sintetici allo stato solido possono avere comportamenti di trasporto finemente sintonizzati, proprio come i canali biologici che consentono a un neurone di attivarsi.

Nei canali ionici biologici, due delle proprietà più eccitanti sono la capacità di rispondere a stimoli esterni e differenziare tra due ioni della stessa carica, come sodio e potassio.

È noto che i nanopori sintetici possono distinguere tra ioni positivi e negativi (come potassio e cloruro) ma nella nuova ricerca, il team è stato in grado di distinguere tra ioni sodio e potassio nonostante la loro carica uguale e le dimensioni quasi identiche. I canali selettivi per il potassio hanno mostrato correnti che erano circa 80 volte più grandi per gli ioni potassio rispetto agli ioni sodio, significativamente superiore a qualsiasi altro sistema artificiale ha dimostrato e un primo per i nanopori allo stato solido.

"Possiamo usare le nostre piattaforme sintetiche per capire meglio come funzionano i sistemi biologici, " ha detto Steven Buchsbaum, Scienziato del personale LLNL e autore principale di un articolo apparso nell'edizione dell'8 febbraio di Progressi scientifici . "L'esecuzione di studi su sistemi artificiali costruiti da zero può fornire una visione unica di come funzionano questi pori e dei fenomeni fisici sottostanti dietro di essi".

Il professore e collaboratore dell'UCI Zuzanna Siwy ha affermato che l'applicazione più interessante per i nanopori è il loro uso come elemento costitutivo per la creazione di sistemi biomimetici artificiali come un neurone artificiale.

La biologia utilizza la selettività ionica per consentire l'immagazzinamento di energia sotto forma di potenziale chimico attraverso una membrana cellulare. Questa energia può quindi essere sfruttata in seguito, processi di alimentazione come la segnalazione nervosa. "La capacità di fare lo stesso con i materiali artificiali ci avvicina di un passo alla realizzazione di componenti biomimetici sintetici, " Ha detto Siwy.

La capacità di distinguere tra ioni che si assomigliano molto può essere applicata anche ad aree come la desalinizzazione/filtrazione e il biorilevamento.

"Lavorare con i nanopori sintetici offre i vantaggi di un maggiore controllo sulla progettazione dei pori e l'utilizzo di materiali molto più robusti di quelli visti in biologia, " disse Francesco Fornasiero, Scienziato e coautore del personale LLNL. "Questo potrebbe consentirci di sostituire o riparare i materiali biologici con versioni artificiali che sono superiori alle loro controparti biologiche".