Semblable à nos ordinateurs qui manipulent des électrons pour effectuer les calculs et les logiques, tous les circuits des êtres vivants sont basés sur le transport d'ions, comme le sodium, chlorure, calcium, etc. La nature exploite un transport incroyablement subtil de ces charges élémentaires et une artillerie de canaux ioniques pour exécuter des fonctions avancées en manipulant le comportement - souvent exotique - du transport ionique à l'échelle moléculaire. La réalisation de telles caractéristiques dans les canaux artificiels reste un défi considérable.

Tel que publié dans La nature , Chercheurs de l'équipe Micromegas du Département de Physique de l'ENS, Paris en collaboration avec le laboratoire de Physique de la Matière Condensée et le National Graphene Institute de l'Université de Manchester, ont pu mettre en évidence des propriétés mécano-sensibles du transport d'ions dans des canaux artificiels de quelques angströms d'épaisseur.

Il y a un peu plus de deux ans, Des chercheurs de Manchester dirigés par le Dr Radha Boya et le professeur Sir Andre Geim ont montré qu'en empilant des couches atomiques bidimensionnelles similaires à l'empilement de briques de Lego, il est en effet possible d'assembler des canaux moléculaires et lisses à l'échelle atomique de manière contrôlée. Les couches atomiques utilisées pour construire le canal sont maintenues ensemble par ce qu'on appelle les forces de van der Waals. En utilisant ces canaux, les nouvelles expériences montrent qu'un courant ionique considérable peut être généré lorsqu'un flux est induit en appliquant une différence de pression. Séparer deux bains miniatures de solutions salines, ces canaux à l'échelle de l'angström génèrent un courant ionique lorsque les molécules d'eau sont poussées mécaniquement à travers eux.

Dr Timothée Mouterde, le premier auteur de cette étude, dit :« Encore plus surprenant, en appliquant un champ électrique avec une pression, ce courant de flux peut être modulé de manière extrêmement sensible."

Le professeur Lydéric Bocquet ajoute :"Ce nouvel effet s'apparente au transistor mais ici pour le transport d'ions et peut être compris comme un déclenchement mécanique du flux d'ions par la tension." De plus, fait intéressant, les propriétés électroniques des matériaux de la paroi de confinement du canal semblent influencer ce « voltage gating ». Cet effet peut être compris par le frottement différentiel de l'eau et des ions sur les parois à ces échelles moléculaires.

Dr Ashok Keerthi, qui est un co-auteur a dit :« À l'intérieur de nos canaux artificiels qui ne sont épais que de quelques atomes d'eau, l'eau et les ions sont organisés en une monocouche bidimensionnelle. La capacité de créer des canaux à l'échelle de l'angström aussi précis nous a fourni des outils pour explorer les propriétés anormales de l'eau et des flux. »

Le Dr Radha Boya explique :« À l'échelle moléculaire, les flux induits par la pression et la tension ne s'additionnent tout simplement pas. Ce couplage entre les forces mécaniques et électriques démontré aux échelles ultimes montre de fortes similitudes avec ceux observés dans les canaux ioniques biologiques mécaniquement sensibles tels que PIEZO1. Cette nouvelle plateforme permettra d'explorer les mécanismes physiques de ces situations extrêmes de confinement à l'œuvre dans le vivant, et à plus long terme, pour imiter des fonctions de calcul élémentaires basées sur le transport d'ions."