Les nanocanaux sont des pores ou des canaux à l'échelle nanométrique qui peuvent être utilisés pour contrôler le mouvement des ions et des molécules. Ils ont suscité un intérêt considérable dans des domaines tels que la nanotechnologie, la chimie et la biologie en raison de leurs propriétés uniques et de leurs applications potentielles. Cependant, comprendre les mécanismes à l’origine du transport sélectif d’ions spécifiques à travers les nanocanaux reste une tâche difficile.
Dans cette étude, des chercheurs de l’Université de Tokyo et du RIKEN Center for Sustainable Resource Science ont étudié la sélectivité ionique des nanocanaux formés par des peptides cycliques auto-assemblés. À l’aide de simulations de dynamique moléculaire et de calculs d’énergie libre, ils ont examiné les interactions entre les ions potassium et les parois des nanocanaux et les ont comparées à d’autres ions de métaux alcalins (lithium, sodium, rubidium et césium).
Les simulations ont révélé que le nanocanal présente une forte préférence pour les ions potassium par rapport aux autres ions de métaux alcalins. Cette sélectivité est principalement attribuée aux interactions spécifiques entre les ions potassium et les atomes d'oxygène sur la surface interne du nanocanal. Ces interactions sont plus fortes pour les ions potassium par rapport aux autres ions de métaux alcalins en raison de la correspondance appropriée de taille et de densité de charge entre les ions potassium et le nanocanal.
De plus, l’étude a révélé que le nanocanal peut efficacement distinguer les ions potassium des autres ions de métaux alcalins, même en présence de concentrations élevées d’autres ions. Cette sélectivité remarquable est attribuée à l’effet coopératif de plusieurs atomes d’oxygène au sein du nanocanal, qui contribuent collectivement à la liaison et au transport des ions potassium.
Les chercheurs ont également étudié les effets de la taille des nanocanaux et de la tension appliquée sur la sélectivité ionique. Ils ont constaté que la sélectivité ionique devient plus prononcée à mesure que la taille du nanocanal diminue et qu’elle peut être encore améliorée en appliquant une polarisation de tension appropriée aux bornes du nanocanal.
Les résultats de cette étude fournissent des informations précieuses sur les mécanismes de transport d’ions des nanocanaux et mettent en évidence leur potentiel de transport et de séparation sélectifs des ions. La compréhension fondamentale acquise grâce à cette recherche peut guider la conception rationnelle et l’optimisation de nanocanaux pour diverses applications, telles que les membranes de séparation d’ions, les biocapteurs et les systèmes de dessalement économes en énergie.
En manipulant les interactions entre les ions et les parois des nanocanaux, il est possible d'obtenir un transport hautement sélectif d'ions spécifiques, qui peut être exploité dans un large éventail d'avancées technologiques et contribuer à relever les défis mondiaux liés à la pénurie d'eau, à la consommation d'énergie et aux problèmes environnementaux. durabilité.
