Semelhante aos nossos computadores que manipulam elétrons para realizar os cálculos e lógicas, todos os circuitos dos seres vivos são baseados no transporte de íons, como sódio, cloreto, cálcio, A natureza explora o transporte incrivelmente sutil dessas cargas elementares e uma artilharia de canais iônicos para realizar funções avançadas, manipulando o comportamento - muitas vezes exótico - do transporte iônico em escalas moleculares. Alcançar tais recursos em canais artificiais continua sendo um desafio considerável.

Conforme publicado em Natureza , Pesquisadores da equipe Micromegas do Departamento de Física da ENS, Paris, em colaboração com o laboratório de Física da Matéria Condensada e o Instituto Nacional de Grafeno da Universidade de Manchester, têm sido capazes de destacar propriedades mecanossensíveis de transporte de íons em canais artificiais de poucos angstroms de espessura.

Há pouco mais de dois anos, Pesquisadores de Manchester liderados pela Dra. Radha Boya e pelo professor Sir Andre Geim mostraram que, ao empilhar camadas atômicas bidimensionais semelhantes a tijolos de Lego, de fato, é possível montar canais moleculares e suaves em escala atômica de maneira controlada. As camadas atômicas usadas para construir o canal são mantidas juntas pelas chamadas forças de van der Waals. Usando esses canais, os novos experimentos mostram que uma considerável corrente iônica pode ser gerada quando um fluxo é induzido pela aplicação de uma diferença de pressão. Separando dois banhos em miniatura de soluções de sal, esses canais de escala de angstrom geram corrente iônica quando as moléculas de água são empurradas mecanicamente através deles.

Dr. Timothée Mouterde, o primeiro autor deste estudo, disse:"Ainda mais surpreendente, aplicando um campo elétrico junto com a pressão, esta corrente de fluxo pode ser modulada com extrema sensibilidade. "

O professor Lydéric Bocquet acrescenta:"Este novo efeito é semelhante ao transistor, mas aqui para o transporte de íons e pode ser entendido como o bloqueio do fluxo de íons mecânicos por voltagem." Além disso, curiosamente, as propriedades eletrônicas dos materiais das paredes confinantes do canal parecem influenciar este 'gating de voltagem. "Este efeito pode ser entendido pela fricção diferencial de água e íons nas paredes nessas escalas moleculares."

Dr. Ashok Keerthi, que é um co-autor disse:"Dentro de nossos canais artificiais que têm apenas alguns átomos de água de espessura, água e íons são organizados em uma monocamada bidimensional. A capacidade de fazer canais precisos na escala de angstrom nos forneceu ferramentas para explorar propriedades anômalas de água e fluxos. "

Dr. Radha Boya explica:"Na escala molecular, fluxos induzidos por pressão e voltagem simplesmente não somam. Este acoplamento entre as forças mecânicas e elétricas demonstradas nas escalas finais mostra fortes semelhanças com as observadas em canais iônicos biológicos mecanicamente sensíveis, como PIEZO1. Esta nova plataforma permitirá explorar os mecanismos físicos dessas situações extremas de confinamento no trabalho em sistemas vivos, e a longo prazo, para imitar funções de cálculo elementares com base no transporte de íons. "