Los investigadores de EPFL han demostrado que una ley de la física que tiene que ver con el transporte de electrones a nanoescala también se puede aplicar de manera análoga al transporte de iones. Este descubrimiento proporciona información sobre un aspecto clave de cómo funcionan los canales iónicos dentro de nuestras células vivas
La membrana de todas las células humanas contiene pequeños canales a través de los cuales los iones pasan a gran velocidad. Estos canales iónicos desempeñan un papel fundamental en la función particular de las neuronas, las células musculares y las células cardíacas.
Los canales iónicos son extremadamente complejos y muchas preguntas permanecen sin respuesta. ¿Cómo seleccionan los canales los iones a los que se les permite pasar? ¿Qué explica la alta conductividad de los canales?
Investigadores del Laboratorio de Biología Nanoescala de EPFL, que está dirigido por Aleksandra Radenovic, han demostrado que el transporte de iones podría describirse mediante una ley de la física llamada bloqueo de Coulomb. Este hallazgo ha sido publicado en Materiales de la naturaleza . Su observación podría mejorar nuestra comprensión de cómo funcionan estos canales.
Una isla de iones
Para llevar a cabo sus pruebas, los investigadores crearon un canal de iones artificiales al hacer un agujero de menos de un nanómetro de tamaño en un material de dos dimensiones disulfuro de molibdeno. Luego colocaron este material en un dispositivo que consta de dos electrodos junto con una solución iónica encada lado. Cuando aplicaron un voltaje, pudieron medir variaciones en la corriente entre las dos cámaras. En contraste con el transporte de iones convencional en nanoporos más grandes > 1 nm, donde el flujo de iones nunca se detiene por completo, observaronen espacios de energía de bajo voltaje, tiras sin corriente, lo que mostró que los iones se mantuvieron en el nanoporo hasta que el voltaje aplicado fue lo suficientemente alto como para facilitar su cruce de un lado del agujero al otro.
Para interpretar estas brechas de energía, los investigadores llevaron a cabo otras pruebas, como jugar con el pH del líquido, que modula la carga del poro. También se encontraron oscilaciones de conductancia inducidas por el pH. Todas estas mediciones llevaron a la misma conclusión: la forma en que se transportan los iones se puede explicar en términos del bloqueo de Coulomb, una ley de la física comúnmente asociada con el transporte de electrones en puntos cuánticos.
Hasta ahora, el mecanismo caracterizado por el bloqueo de Coulomb se observó en la electrónica, particularmente en partículas semiconductoras llamadas puntos cuánticos que confinan fuertemente electrones o agujeros de electrones en las tres dimensiones espaciales. Estas 'islas' solo pueden contener un cierto número deelectrones, antes de dar paso a los recién llegados. El experimento dirigido por investigadores de EPFL mostró que el mismo fenómeno estaba ocurriendo con el transporte de iones, cuando había un nanoporo involucrado.
"Varios teóricos habían predicho que el bloqueo de Coulomb también podría aplicarse a los canales iónicos. Nos complace colaborar en este trabajo con el Prof. Massimiliano Di Ventra de la Universidad de California, San Diego", dijo Radenovic. "Y probamosacertaron al observar este fenómeno por primera vez utilizando nuestros nanoporos ". Jiandong Feng, autor principal del artículo, agregó:" Esta observación proporciona mucha información sobre cómo viajan los iones a través del nanoporo de tamaño subnanométrico, preparando el escenariopara futuras exploraciones del transporte iónico mesoscópico "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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