Similar a nuestras computadoras que manejan electrones para realizar los cálculos y la lógica, todos los circuitos de los seres vivos se basan en el transporte de iones, como el sodio, cloruro, calcio, etc. La naturaleza explota el transporte increíblemente sutil de estas cargas elementales y una artillería de canales de iones para realizar funciones avanzadas manipulando el comportamiento, a menudo exótico, del transporte de iones a escalas moleculares. Lograr tales características en canales artificiales sigue siendo un desafío considerable.

Como se publicó en Naturaleza , Investigadores del equipo de Micromegas del Departamento de Física de la ENS, París en colaboración con el laboratorio de Física de la Materia Condensada y el Instituto Nacional de Grafeno de la Universidad de Manchester, han podido resaltar las propiedades mecánicas sensibles del transporte de iones en canales artificiales de pocos angstroms de espesor.

Hace poco más de dos años, Los investigadores de Manchester dirigidos por la Dra. Radha Boya y el profesor Sir Andre Geim demostraron que al apilar capas atómicas bidimensionales similares a apilar ladrillos de Lego, de hecho, es posible ensamblar canales moleculares y suaves a escala atómica de manera controlada. Las capas atómicas utilizadas para construir el canal se mantienen unidas por las llamadas fuerzas de van der Waals. Usando estos canales, Los nuevos experimentos muestran que se puede generar una corriente iónica considerable cuando se induce un flujo aplicando una diferencia de presión. Separando dos baños en miniatura de soluciones salinas, Estos canales de escala angstrom generan corriente iónica cuando las moléculas de agua se empujan mecánicamente a través de ellos.

Dr. Timothée Mouterde, el primer autor de este estudio, dijo:"Aún más sorprendente, aplicando un campo eléctrico junto con presión, esta corriente de flujo se puede modular de forma extremadamente sensible ".

El profesor Lydéric Bocquet agrega:"Este efecto novedoso es similar al de un transistor, pero aquí para el transporte de iones y puede entenderse como la activación del flujo mecánico de iones por voltaje". Además, curiosamente, las propiedades electrónicas de los materiales de las paredes de confinamiento del canal parecen influir en esta "puerta de voltaje". Este efecto puede entenderse por la fricción diferencial del agua y los iones en las paredes a estas escalas moleculares ".

Dr. Ashok Keerthi, quien es coautor dijo:"Dentro de nuestros canales artificiales, que tienen solo un par de átomos de agua de espesor, el agua y los iones están organizados en una monocapa bidimensional. La capacidad de crear canales a escala angstrom tan precisos nos ha proporcionado herramientas para explorar propiedades anómalas del agua y los flujos ".

La Dra. Radha Boya explica:"A escala molecular, los flujos inducidos por la presión y el voltaje simplemente no se suman. Este acoplamiento entre las fuerzas mecánicas y eléctricas demostradas en las escalas finales muestra fuertes similitudes con las observadas en canales iónicos biológicos mecánicamente sensibles como PIEZO1. Esta nueva plataforma permitirá explorar los mecanismos físicos de estas situaciones de confinamiento extremo en el trabajo en los sistemas vivos, y a más largo plazo, para imitar funciones de cálculo elementales basadas en el transporte de iones ".