Kênh ion là những đường dẫn cực kỳ hẹp và đóng vai trò thiết yếu trong nhiều quá trình của hệ sống. Để hiểu cách các ion di chuyển qua những không gian bị giới hạn này, các nhà khoa học cần tạo ra các lỗ rỗng nhân tạo ở quy mô vô cùng nhỏ. Những đoạn hẹp nhất của các kênh này có thể chỉ rộng vài angstrom — xấp xỉ kích thước của một nguyên tử — điều này khiến việc chế tạo chính xác và lặp lại trở nên rất khó khăn với công nghệ nano hiện nay.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Osaka hiện đã giải quyết được thách thức này. Trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature Communications, họ mô tả một phương pháp mới sử dụng một lò phản ứng điện hoá thu nhỏ để tạo ra các lỗ rỗng có kích thước tiến gần mức dưới nanomet.

Cách các kênh ion tạo ra tín hiệu điện

Trong tế bào sống, các ion đi qua những kênh protein nằm trong màng tế bào. Dòng ion này tạo ra các tín hiệu điện, bao gồm cả xung thần kinh điều khiển chuyển động cơ bắp. Những kênh protein này có các vùng cực kỳ hẹp và có thể chuyển đổi giữa trạng thái mở và đóng. Các tín hiệu bên ngoài kích hoạt sự thay đổi trong cấu trúc protein, từ đó điều chỉnh dòng chảy của các ion.

Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện rằng hệ thống có thể được điều chỉnh để thay đổi cách các lỗ rỗng hoạt động. Bằng cách thay đổi thành phần và độ pH của các dung dịch phản ứng, họ có thể kiểm soát kích thước cũng như đặc tính của các lỗ rỗng siêu nhỏ này.

Hình: scitechdaily.com

“Chúng tôi có thể thay đổi hành vi và kích thước hiệu dụng của các lỗ rỗng siêu nhỏ bằng cách điều chỉnh thành phần và độ pH của dung dịch phản ứng,” tác giả chính Tomoji Kawai cho biết. “Điều này cho phép vận chuyển chọn lọc các ion có kích thước hiệu dụng khác nhau qua màng bằng cách tinh chỉnh kích thước lỗ rỗng siêu nhỏ.”

Tiềm năng ứng dụng trong cảm biến và điện toán lấy cảm hứng từ não bộ

Phương pháp phản ứng mới này cho phép nhiều lỗ rỗng siêu nhỏ hình thành bên trong một lỗ nano duy nhất. Đây là một cách mạnh mẽ để nghiên cứu cách ion và chất lỏng di chuyển trong những môi trường bị giới hạn cực độ tương tự như trong sinh học.

Hệ thống màng được điều khiển bằng phản ứng hoá học này cũng có thể hỗ trợ các công nghệ mới nổi như cảm biến phân tử đơn (ví dụ sử dụng lỗ nano để giải trình tự DNA), điện toán thần kinh (tạo ra các xung điện mô phỏng hành vi của neuron sinh học), và các lò phản ứng nano (tạo điều kiện phản ứng độc đáo nhờ sự giới hạn không gian).

(https://scitechdaily.com/)