Geïnspireerd door de natuur, een internationaal onderzoeksteam heeft synthetische poriën gecreëerd die de activiteit van cellulaire ionkanalen nabootsen, die een vitale rol spelen in de menselijke gezondheid door de soorten materialen die cellen mogen binnendringen ernstig te beperken.

De poriën die de wetenschappers hebben gebouwd zijn doorlaatbaar voor kaliumionen en water, maar niet aan andere ionen zoals natrium- en lithiumionen.

Dit soort extreme selectiviteit, hoewel prominent in de natuur, is ongekend voor een synthetische structuur, zei Universiteit van Buffalo, professor scheikunde Bing Gong, doctoraat, die de studie leidde.

Het succes van het project legt de basis voor een reeks opwindende nieuwe technologieën. In de toekomst, wetenschappers zouden zulke zeer kritische poriën kunnen gebruiken om water te zuiveren, tumoren doden, of anderszins ziekte te behandelen door de stoffen in cellen te reguleren.

"Het idee voor dit onderzoek is ontstaan ​​in de biologische wereld, van onze hoop om biologische structuren na te bootsen, en we waren enthousiast over de resultaten, " zei Gong. "We hebben het eerste kwantitatief bevestigde synthetische waterkanaal gecreëerd. Er zijn maar weinig synthetische poriën die zo selectief zijn."

Het onderzoek verschijnt 17 juli in Natuurcommunicatie .

De hoofdauteurs van de studie zijn Xibin Zhou van de Beijing Normal University; Guande Liu van de Shanghai Jiao Tong-universiteit; Kazuhiro Yamato, postdoctoraal wetenschapper aan de UB; en Yi Shen van de Shanghai Jiao Tong University en het Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Wetenschapsacademie. Andere instellingen die aan het werk hebben bijgedragen, zijn de Universiteit van Nebraska-Lincoln en het Argonne National Laboratory. Frank Helder, een SUNY Distinguished Professor in de chemie aan de UB, geholpen met spectroscopisch onderzoek.

Om de synthetische poriën te creëren, de onderzoekers ontwikkelden een methode om donutvormige moleculen, rigide macrocycles genaamd, op elkaar te laten stapelen. De wetenschappers hechtten vervolgens deze stapels moleculen aan elkaar met behulp van waterstofbruggen. De resulterende structuur was een nanobuisje met een porie van minder dan een nanometer in diameter.

"Deze nanobuis kan worden gezien als een stapel van vele, veel ringen, " zei Xiao Cheng Zeng, Universiteit van Nebraska-Lincoln Ameritas Universitair hoogleraar scheikunde, en een van de senior auteurs van de studie. "De ringen komen samen via een proces dat zelfassemblage wordt genoemd, en het is heel precies. Het is de eerste synthetische nanobuis met een zeer uniforme diameter. Het is eigenlijk een sub-nanometer buis. Het is ongeveer 8,8 angstrom."

De volgende stap in het onderzoek is het afstemmen van de structuur van de poriën om verschillende materialen selectief door te laten, en om erachter te komen welke eigenschappen het transport van materialen door de poriën bepalen, zei Gong.