Net als bij onze computers die elektronen verwerken om de berekeningen en logica uit te voeren, alle circuits in levende wezens zijn gebaseerd op het transport van ionen, zoals natrium, chloride, calcium, enz. De natuur maakt gebruik van ongelooflijk subtiel transport van deze elementaire ladingen en een artillerie van ionenkanalen om geavanceerde functies uit te voeren door het - vaak exotische - gedrag van ionentransport op moleculaire schaal te manipuleren. Het bereiken van dergelijke functies in kunstmatige kanalen blijft een grote uitdaging.

Zoals gepubliceerd in Natuur , Onderzoekers van het Micromegas-team van de afdeling Natuurkunde van ENS, Parijs in samenwerking met het Condensed Matter Physics-laboratorium en het National Graphene Institute van de University of Manchester, hebben mechano-gevoelige eigenschappen van ionentransport in enkele angstrom dikke kunstmatige kanalen kunnen benadrukken.

Iets meer dan twee jaar geleden, Manchester-onderzoekers onder leiding van Dr. Radha Boya en Prof Sir Andre Geim toonden aan dat door tweedimensionale atomaire lagen te stapelen, vergelijkbaar met het stapelen van Legoblokjes, het is inderdaad mogelijk om op atomaire schaal op een gecontroleerde manier moleculaire en gladde kanalen samen te stellen. De atomaire lagen die worden gebruikt voor het bouwen van het kanaal worden bij elkaar gehouden door zogenaamde van der Waals-krachten. Met behulp van deze kanalen, de nieuwe experimenten tonen aan dat een aanzienlijke ionenstroom kan worden gegenereerd wanneer een stroom wordt geïnduceerd door een drukverschil aan te leggen. Het scheiden van twee miniatuurbaden met zoutoplossingen, deze kanalen op angstromschaal genereren ionenstroom wanneer watermoleculen er mechanisch doorheen worden geduwd.

Dr. Timothée Mouterde, de eerste auteur van deze studie, zei:"Nog meer verrassend, door een elektrisch veld samen met druk toe te passen, deze vloeistroom kan uiterst gevoelig worden gemoduleerd."

Prof Lydéric Bocquet voegt toe:"Dit nieuwe effect is verwant aan transistor, maar hier voor ionentransport en kan worden opgevat als het doorsturen van mechanische ionenstroom door spanning." Verder interessant, de elektronische eigenschappen van de materialen van de omhullende wand van het kanaal lijken deze 'voltage-gating' te beïnvloeden. "Dit effect kan worden begrepen door differentiële wrijving van water en ionen op de wanden op deze moleculaire schalen."

Dr. Ashok Keerthi, die een co-auteur is, zei:"Binnen onze kunstmatige kanalen die slechts een paar wateratomen dik zijn, water en ionen zijn georganiseerd in een tweedimensionale monolaag. Het vermogen om zulke precieze kanalen op angstromschaal te maken, heeft ons hulpmiddelen opgeleverd om afwijkende eigenschappen van water en stromen te onderzoeken."

Dr. Radha Boya legt uit:"Op moleculaire schaal, stromingen veroorzaakt door druk en spanning tellen gewoon niet op. Deze koppeling tussen mechanische en elektrische krachten die op de uiterste schalen wordt aangetoond, vertoont sterke overeenkomsten met die waargenomen in mechanisch gevoelige biologische ionkanalen zoals PIEZO1. Met dit nieuwe platform kunnen de fysieke mechanismen van deze extreme opsluitingssituaties op het werk in levende systemen worden onderzocht, en op langere termijn om elementaire calculusfuncties na te bootsen op basis van ionentransport."