Por primera vez, Se ha demostrado la inserción espontánea de nanotubos de carbono (CNT) en membranas celulares naturales y sintéticas para formar poros que imitan canales biológicos. A pesar de su estructura extremadamente simple, estos poros de la membrana de CNT replican los principales comportamientos funcionales de las porinas (canales biológicos basados ​​en proteínas), como el transporte selectivo de protones, agua, iones, y pequeñas moléculas.

El diseño predictivo y la creación de membranas sintéticas robustas que replican los procesos de transporte selectivos y altamente eficientes de los canales biológicos es un objetivo desafiante. Las porinas CNT desarrolladas aquí son plataformas biomiméticas prometedoras para estudios de nanofluidos, construir interfaces bioelectrónicas y células sintéticas, y sirven como componentes clave para sistemas de separación basados ​​en membranas energéticamente eficientes.

Por primera vez, un proceso para insertar espontáneamente nanotubos de carbono (CNT) en las membranas celulares, tanto naturales como sintéticos, Se ha demostrado que forman poros que imitan los canales biológicos. Robusto, Las membranas sintéticas que replican los procesos de transporte altamente eficientes y selectivos de los canales biológicos son muy buscadas, pero aún no se han realizado. Se cree que los CNT son los mejores candidatos para imitar el transporte biológico debido a la similitud de su estructura de poros internos con la de los principales canales biológicos y la posibilidad de que, basado en modelado computacional, los CNT podrían autoinsertarse en membranas biológicas. Sin embargo, La creación de tales estructuras de membranas híbridas sigue siendo un desafío excepcional.

Ahora, un equipo dirigido por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore e incluidos científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, la Universidad de California en Berkeley, y la Universidad del País Vasco en España ha formado una membrana híbrida mediante la creación de canales de membrana a partir de CNT cortos. Descubrieron que los CNT funcionalizados con moléculas lipídicas (grasas) se insertan espontáneamente en las membranas celulares, tanto naturales como sintéticos. En tono rimbombante, La inserción de los CNT pequeños en las paredes de las células vivas les permitió interactuar directamente con un sistema biológico real, algo que no es posible con CNT largos.

Esta interfaz permitió investigar la física fundamental del transporte de nanoporos utilizando un modelo que se aproximaba más a un canal iónico y que imita el transporte en los poros biológicos. A pesar de su estructura extremadamente simple, estos poros de la membrana reproducen el principal comportamiento funcional de los canales biológicos, como el transporte selectivo de protones, agua, iones, y pequeñas moléculas. Los CNT no afectan la integridad de la membrana. La microscopía electrónica reveló que la inserción no es selectiva para una longitud particular de nanotubos. Es más, Se prefiere fuertemente una orientación casi perpendicular de los NTC dentro de la membrana, contrariamente a las predicciones anteriores basadas en simulación.

A pesar de las variaciones significativas de longitud de CNT, las propiedades de transporte de estas membranas híbridas, denominadas "porinas CNT" (donde el término porinas se refiere a canales biológicos basados ​​en proteínas), están extremadamente bien definidos, sugiriendo fuertemente que el transporte a través de los poros de CNT está dirigido solo por las barreras en la entrada y salida de los poros. Además, El confinamiento a nanoescala de iones en el estrecho canal hidrofóbico da lugar a una fluctuación de la corriente iónica. imitando el proceso de activación y desactivación del transporte de iones que se produce en los canales biológicos. Acumulativamente, estos resultados apuntan a que los materiales híbridos tienen aplicaciones útiles en membranas. Estas aplicaciones incluyen proporcionar una plataforma para estudios de nanofluidos, la construcción de interfaces bioelectrónicas y células artificiales, y sirven como componentes clave para los sistemas de separación por membranas energéticamente eficientes.