Depuis la découverte des canaux ioniques biologiques et leur rôle en physiologie, les scientifiques ont tenté de créer des structures artificielles qui imitent leurs homologues biologiques.

Nouvelle recherche menée par les scientifiques et collaborateurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) de l'Université de Californie, Irvine montre que les nanopores synthétiques à l'état solide peuvent avoir des comportements de transport finement réglés, un peu comme les canaux biologiques qui permettent à un neurone de se déclencher.

Dans les canaux ioniques biologiques, deux des propriétés les plus excitantes sont la capacité de répondre à des stimuli externes et de différencier deux ions de la même charge, comme le sodium et le potassium.

Il est bien connu que les nanopores synthétiques peuvent faire la distinction entre les ions positifs et négatifs (tels que le potassium et le chlorure), mais dans la nouvelle recherche, l'équipe a pu distinguer les ions sodium et potassium malgré leur charge égale et leur taille presque identique. Les canaux sélectifs du potassium ont montré des courants environ 80 fois plus importants pour les ions potassium que pour les ions sodium, significativement plus élevé que tout autre système artificiel a démontré et une première pour les nanopores à l'état solide.

« Nous pouvons utiliser nos plateformes de synthèse pour mieux comprendre le fonctionnement des systèmes biologiques, " a déclaré Steven Buchsbaum, Scientifique du LLNL et auteur principal d'un article paru dans l'édition du 8 février de Avancées scientifiques . « Réaliser des études sur des systèmes artificiels construits à partir de zéro peut donner un aperçu unique du fonctionnement de ces pores et des phénomènes physiques sous-jacents qui les sous-tendent. »

Le professeur et collaborateur de l'UCI, Zuzanna Siwy, a déclaré que l'application la plus excitante des nanopores est leur utilisation comme élément de base pour la fabrication de systèmes biomimétiques artificiels tels qu'un neurone artificiel.

La biologie utilise la sélectivité ionique pour permettre le stockage d'énergie sous la forme d'un potentiel chimique à travers une membrane cellulaire. Cette énergie peut ensuite être exploitée plus tard, processus d'alimentation tels que la signalisation nerveuse. "La capacité de faire la même chose avec des matériaux synthétiques nous rapproche un peu plus de la fabrication de composants biomimétiques synthétiques, " dit Siwy.

La capacité de distinguer des ions qui se ressemblent étroitement peut également être appliquée à des domaines tels que le dessalement/filtration et la biodétection.

« Travailler avec des nanopores synthétiques offre les avantages d'un contrôle accru sur la conception des pores et de l'utilisation de matériaux beaucoup plus robustes que ceux observés en biologie, " a déclaré Francesco Fornasiero, Scientifique et co-auteur du personnel du LLNL. "Cela pourrait nous permettre à terme de remplacer ou de réparer les matériaux biologiques par des versions artificielles supérieures à leurs homologues biologiques."