Los nanocanales son poros o canales a nanoescala que se pueden utilizar para controlar el movimiento de iones y moléculas. Han atraído un interés considerable en campos como la nanotecnología, la química y la biología debido a sus propiedades únicas y sus posibles aplicaciones. Sin embargo, comprender los mecanismos detrás del transporte selectivo de iones específicos a través de nanocanales sigue siendo una tarea desafiante.
En este estudio, investigadores de la Universidad de Tokio y el Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles investigaron la selectividad iónica de nanocanales formados por péptidos cíclicos autoensamblados. Utilizando simulaciones de dinámica molecular y cálculos de energía libre, examinaron las interacciones entre los iones de potasio y las paredes de los nanocanales y las compararon con otros iones de metales alcalinos (litio, sodio, rubidio y cesio).
Las simulaciones revelaron que el nanocanal muestra una fuerte preferencia por los iones de potasio sobre otros iones de metales alcalinos. Esta selectividad se atribuye principalmente a las interacciones específicas entre los iones de potasio y los átomos de oxígeno en la superficie interna del nanocanal. Estas interacciones son más fuertes para los iones de potasio en comparación con otros iones de metales alcalinos debido al tamaño apropiado y la coincidencia de densidad de carga entre los iones de potasio y el nanocanal.
Además, el estudio encontró que el nanocanal puede discriminar eficazmente entre iones de potasio y otros iones de metales alcalinos incluso en presencia de altas concentraciones de otros iones. Esta notable selectividad se atribuye al efecto cooperativo de múltiples átomos de oxígeno dentro del nanocanal, que colectivamente contribuyen a la unión y transporte de iones de potasio.
Los investigadores también estudiaron los efectos del tamaño de los nanocanales y el voltaje aplicado sobre la selectividad iónica. Descubrieron que la selectividad iónica se vuelve más pronunciada a medida que disminuye el tamaño del nanocanal y que puede mejorarse aún más aplicando una polarización de voltaje adecuada a través del nanocanal.
Los hallazgos de este estudio proporcionan información valiosa sobre los mecanismos de transporte de iones de los nanocanales y resaltan su potencial para el transporte y la separación selectivos de iones. La comprensión fundamental obtenida de esta investigación puede guiar el diseño racional y la optimización de nanocanales para diversas aplicaciones, como membranas de separación de iones, biosensores y sistemas de desalinización energéticamente eficientes.
Al manipular las interacciones entre los iones y las paredes de los nanocanales, es posible lograr un transporte altamente selectivo de iones específicos, que pueden explotarse en una amplia gama de avances tecnológicos y contribuir a abordar los desafíos globales relacionados con la escasez de agua, el consumo de energía y el medio ambiente. sostenibilidad.
