(Phys.org) -- Ett internationellt team av forskare, inklusive kemisten Xiao Cheng Zeng från University of Nebraska-Lincoln, har skapat vad som i själva verket är en sikt i nanoskala som är mycket selektiv i vad den kommer att tillåta att passera igenom - och fungerar på ungefär samma sätt som kaliumjonkanalerna som är viktiga komponenter i praktiskt taget alla levande celler.

Det är också det första syntetiska nanoröret som har en enhetlig diameter, samt att vara självmonterande och hydrofob, egenskaper som kan leda till industriella och medicinska genombrott.

"Det här nanoröret kan ses som en hög av många, många ringar, sa Zeng, Ameritas University professor i kemi. "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."

I levande celler, jonkanaler tillåter kaliumjoner att passera genom cellmembran, men låt inte natriumjoner komma igenom, även om kaliumjonen (atomvikt 39) är nästan 70 procent större än natrium (atomvikt 23).

"Vi hittade en helt annan kaliumkanal, " sa Zeng. "Det är samma funktion, men det är helt annorlunda än Moder Natur. Vi, möjligen för första gången, efterliknade Moder Naturs kaliumpor genom att använda en enhetlig subnanometerpor, men varför den större jonen kan gå igenom och den mindre inte kan är fortfarande under studie."

Zengs forskargrupp vid UNL använde UNL:s Holland Computing Center med finansiering från National Science Foundation och Nebraska Research Initiative för att utföra beräkningar för att undersöka rörens struktur. Hans grupp bestämde storleken på ringarna och avståndet mellan dem för att hitta strukturen på enheterna, och hittade åtta möjliga sätt att stapla molekylerna. Avgörande, beräkningar visade också att strukturerna är stabila vid rumstemperatur.

Bing Gong, professor i kemi vid universitetet i Buffalo och Beijing Normal University, en långvarig samarbetspartner till Zeng, och Zhifeng Shao, verkställande dekanus för Center for System Biomedicine vid Shanghai Jiao Tong University och en tidigare mångårig fakultetsmedlem vid University of Virginia School of Medicine, och deras lag, syntetiserade nanorören och mätte jonflödet, slutföra ett treårigt projekt som till stor del finansieras av NSF. Röntgenarbete utfördes vid Advanced Photon Source vid Argonne National Laboratory i Argonne, Ill. Zengs forskargrupp vid UNL inkluderar postdoktorerna Hui Li och Yi Gao.

Framgången med experimenten, Zeng sa, kommer att leda till fortsatt forskning och utveckling.

"En sak som folk är intresserade av inom detta område är avsaltning. En annan är läkemedelsleverans, " sa han. "I framtiden, vår riktning, också med stöd av NSF, är att funktionalisera rörets innervägg.

"Tills vidare, åtminstone, det är ett väldigt spännande nanorör eftersom det har vad vi kallar selektiv jontransport, vilket är väldigt speciellt. Bara kalium kan gå in. Det går igenom och natrium kan inte. Men, förhoppningsvis, om vi kan lägga till en annan funktion inuti, och ibland kan vi bara låta vatten gå igenom, eller några andra joner att gå igenom, vi kan lägga till fler selektiviteter."

Fynden rapporterades i 17 juli-numret av Naturkommunikation , Nature Publishing Groups online-endast multidisciplinära tidskrift för forskning inom alla områden av den biologiska, fysikaliska och kemiska vetenskaper.