I likhet med våra datorer som hanterar elektroner för att utföra beräkningarna och logikerna, alla kretsar i levande varelser är baserade på transport av joner, såsom natrium, klorid, kalcium, etc. Naturen utnyttjar otroligt subtil transport av dessa elementära laddningar och ett artilleri av jonkanaler för att utföra avancerade funktioner genom att manipulera - ofta exotiskt - beteende för jontransport i molekylskala. Att uppnå sådana funktioner i artificiella kanaler är fortfarande en stor utmaning.

Som publicerat i Natur , Forskare från Micromegas -teamet vid fysikavdelningen på ENS, Paris i samarbete med laboratoriet Condensed Matter Physics och National Graphene Institute vid University of Manchester, har kunnat framhäva mekanokänsliga egenskaper hos jontransport i få ångströmstjocka artificiella kanaler.

För drygt två år sedan, Manchesters forskare under ledning av Dr Radha Boya och prof Sir Andre Geim visade att genom att stapla tvådimensionella atomlager som liknar stapling av tegelstenar i Lego, det är verkligen möjligt att montera molekylära och släta kanaler i atomskala på ett kontrollerat sätt. Atomskikten som används för att bygga kanalen hålls samman av så kallade van der Waals-styrkor. Med hjälp av dessa kanaler, de nya experimenten visar att betydande jonström kan genereras när ett flöde induceras genom att applicera en tryckskillnad. Separera två miniatyrbad med saltlösningar, dessa ångströmskanaler genererar jonström när vattenmolekyler mekaniskt skjuts genom dem.

Dr Timothée Mouterde, den första författaren till denna studie, sade:"Ännu mer överraskande, genom att applicera ett elektriskt fält tillsammans med tryck, denna flödesström kan moduleras extremt känsligt. "

Prof Lydéric Bocquet tillägger:"Denna nya effekt liknar transistorn men här för jontransport och kan förstås som grindning av mekaniskt jonflöde med spänning." Dessutom intressant, de elektroniska egenskaperna hos kanalens begränsande väggmaterial tycks påverka denna 'spänningsgrind. "Denna effekt kan förstås genom differential friktion av vatten och joner på väggarna vid dessa molekylära skalor."

Dr Ashok Keerthi, som är medförfattare sa:"Inuti våra konstgjorda kanaler som bara är några vattenatomer tjocka, vatten och joner är organiserade i ett tvådimensionellt monoskikt. Möjligheten att göra så exakta ångströmskanaler har gett oss verktyg för att utforska onormala egenskaper hos vatten och flöden. "

Dr Radha Boya förklarar:"På molekylär skala, flöden som induceras av tryck och spänning lägger helt enkelt inte ihop. Denna koppling mellan mekaniska och elektriska krafter som demonstrerats i de ultimata skalorna visar starka likheter med dem som observerats i mekaniskt känsliga biologiska jonkanaler som PIEZO1. Denna nya plattform gör det möjligt att utforska de fysiska mekanismerna för dessa extrema inneslutningssituationer på jobbet i levande system, och på längre sikt, att efterlikna elementära kalkylfunktioner baserade på jontransport. "