p Pela primeira vez, Foi demonstrada a inserção espontânea de nanotubos de carbono (CNTs) em membranas celulares naturais e sintéticas para formar poros que mimetizam canais biológicos. Apesar de sua estrutura extremamente simples, esses poros de membrana CNT replicam os principais comportamentos funcionais das porinas (canais biológicos baseados em proteínas), como o transporte seletivo de prótons, agua, íons, e pequenas moléculas. p O projeto preditivo e a criação de membranas sintéticas robustas que replicam os processos de transporte altamente eficientes e seletivos de canais biológicos é uma meta desafiadora. Porinas CNT desenvolvidas aqui são plataformas biomiméticas promissoras para estudos nanofluídicos, construção de interfaces bioeletrônicas e células sintéticas, e servindo como componentes-chave para sistemas de separação baseados em membrana com eficiência energética.

p Pela primeira vez, um processo para inserir espontaneamente nanotubos de carbono (CNTs) nas membranas celulares, tanto naturais quanto sintéticos, para formar poros que imitam canais biológicos foi demonstrado. Robusto, membranas sintéticas que replicam os processos de transporte altamente eficientes e seletivos de canais biológicos são muito procuradas, mas ainda não foram realizadas. Os CNTs são considerados os melhores candidatos para simular o transporte biológico devido à semelhança de sua estrutura de poros internos com a dos principais canais biológicos e a possibilidade de que, com base em modelagem computacional, os CNTs podem se autoinserir em membranas biológicas. Contudo, a criação de tais estruturas de membrana híbrida continua sendo um grande desafio.

p Agora, uma equipe liderada por cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore e incluindo cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, a Universidade da Califórnia em Berkeley, e a Universidade do País Basco na Espanha formou uma membrana híbrida criando canais de membrana a partir de CNTs curtos. Eles descobriram que os CNTs funcionalizados com moléculas de lipídios (gordurosas) se inserem espontaneamente nas membranas celulares, natural e sintético. Mais importante, a inserção de pequenos CNTs nas paredes das células vivas permitiu-lhes interagir diretamente com um sistema biológico real, algo que não é possível com CNTs longos.

p Essa interface permitiu que a física fundamental do transporte de nanoporos fosse investigada usando um modelo que se aproximava mais de um canal iônico e que imita o transporte em poros biológicos. Apesar de sua estrutura extremamente simples, esses poros da membrana reproduzem o principal comportamento funcional dos canais biológicos, como o transporte seletivo de prótons, agua, íons, e pequenas moléculas. Os CNTs não afetam a integridade da membrana. A microscopia eletrônica revelou que a inserção não é seletiva para um determinado comprimento de nanotubo. Além disso, uma orientação quase perpendicular dos CNTs dentro da membrana é fortemente preferida, ao contrário das previsões anteriores baseadas em simulação.

p Apesar das variações significativas de comprimento do CNT, as propriedades de transporte dessas membranas híbridas, denominado "porinas CNT" (onde o termo porinas se refere a canais biológicos baseados em proteínas), são extremamente bem definidos, sugerindo fortemente que o transporte através dos poros do CNT é direcionado apenas pelas barreiras na saída e entrada dos poros. Além disso, o confinamento em nanoescala de íons no canal hidrofóbico estreito dá origem à flutuação da corrente iônica, mimetizando o processo de passagem on-off do transporte de íons que ocorre nos canais biológicos. Cumulativamente, estes resultados apontam para os materiais híbridos com aplicações de membrana úteis. Essas aplicações incluem o fornecimento de uma plataforma para estudos nanofluídicos, construção de interfaces bioeletrônicas e células artificiais, e servindo como componentes-chave para sistemas de separação por membrana com eficiência energética.