Inspirerad av naturen, ett internationellt forskarlag har skapat syntetiska porer som efterliknar aktiviteten hos cellulära jonkanaler, som spelar en avgörande roll för människors hälsa genom att allvarligt begränsa de typer av material som tillåts komma in i celler.

Porerna som forskarna byggde är genomsläppliga för kaliumjoner och vatten, men inte till andra joner såsom natrium- och litiumjoner.

Denna typ av extrem selektivitet, medan framträdande i naturen, är oöverträffad för en syntetisk struktur, sa universitetet vid Buffalo kemiprofessor Bing Gong, PhD, som ledde studien.

Projektets framgång lägger grunden för en rad spännande nya teknologier. I framtiden, forskare skulle kunna använda sådana mycket kräsna porer för att rena vatten, döda tumörer, eller på annat sätt behandla sjukdomar genom att reglera substanserna inuti celler.

"Idén till denna forskning kom från den biologiska världen, från vårt hopp att efterlikna biologiska strukturer, och vi var glada över resultatet, ", sade Gong. "Vi har skapat den första kvantitativt bekräftade syntetiska vattenkanalen. Få syntetiska porer är så mycket selektiva."

Forskningen kommer att visas den 17 juli Naturkommunikation .

Studiens huvudförfattare är Xibin Zhou från Beijing Normal University; Guande Liu från Shanghai Jiao Tong University; Kazuhiro Yamato, postdoktor vid UB; och Yi Shen från Shanghai Jiao Tong University och Shanghai Institute of Applied Physics, kinesiska vetenskapsakademin. Andra institutioner som bidragit till arbetet är University of Nebraska-Lincoln och Argonne National Laboratory. Frank Bright, en SUNY framstående professor i kemi vid UB, hjälpte till med spektroskopiska studier.

För att skapa de syntetiska porerna, forskarna utvecklade en metod för att tvinga munkformade molekyler som kallas stela makrocykler att staplas ovanpå varandra. Forskarna sydde sedan ihop dessa staplar av molekyler med hjälp av vätebindning. Den resulterande strukturen var ett nanorör med en por mindre än en nanometer i diameter.

"Det här nanoröret kan ses som en hög av många, många ringar, sa Xiao Cheng Zeng, University of Nebraska-Lincoln Ameritas University professor i kemi, och en av studiens seniorförfattare. "Ringarna kommer samman genom en process som kallas självmontering, och det är väldigt exakt. Det är det första syntetiska nanoröret som har en mycket enhetlig diameter. Det är faktiskt ett sub-nanometerrör. Det är ungefär 8,8 ångström."

Nästa steg i forskningen är att justera strukturen på porerna så att olika material selektivt kan passera igenom, och för att ta reda på vilka egenskaper som styr transporten av material genom porerna, sa Gong.