نانولوله های هوشمند، ورود و خروج آب و یون ها را کنترل می کنند
ساخت اپل آی دی: محققان در مطالعه ای جدید با الهام از کانال های طبیعی غشای سلولی، نانولوله های کربنی هوشمندی را طراحی نموده اند که در جواب تغییرات اسیدیته محیط باز و بسته می شوند و می توانند عبور آب و یون ها را در مقیاس تک مولکولی کنترل کنند؛ دستاوردی که می تواند زمینه ساز توسعه غشاهای تصفیه آب هوشمند، سامانه های دارورسانی هدفمند و سنسورهای زیستی فوق حساس باشد.
به گزارش ساخت اپل آی دی به نقل از ایسنا، محققان در پژوهشی تازه موفق به طراحی نانولوله های کربنی شده اند که عملکردی مشابه کانال های زیستی غشای سلول دارند و می توانند در جواب تغییرات pH محیط، بصورت بازگشت پذیر باز و بسته شوند.
در کانال هایی با عرضی در حدود یک نانومتر، عبور آب و یون ها با رفتارهایی متفاوت از مقیاس های بزرگ تر همراه می باشد. در این فضاهای محدود، مولکول های آب به صورت ردیفی و منظم حرکت می کنند و یون ها مجبور می شوند قسمتی از پوسته آبی پیرامون خودرا کنار بگذارند؛ پدیده ای که به بروز خاصیت های منحصربه فرد در انتقال یون منجر می شود. کانال های زیستی با تنظیم دقیق باز و بسته شدن منافذ، از این خاصیت برای انجام عملکردهای پیچیده ای مانند انتقال سیگنال های عصبی بهره می برند.
برمبنای نتایج مطالعه ای که در نشریه Nano Letters انتشار یافته است، محققان Lawrence Livermore National Laboratory و University of Maryland نانولوله های کربنی کوتاه و فلورسانتی را طراحی نموده اند که در دهانه خود دارای ساختارهای درپوش مانند هستند. این نانولوله ها درون غشاهای چربی مشابه دیواره سلولی قرار داده شدند تا کانال هایی با عرض کمتر از یک نانومتر ایجاد کنند.
نتایج نشان داد با اتصال یک درپوش مولکولی خاص به دهانه نانولوله، می توان جریان آب و یون ها را کنترل کرد؛ بگونه ای که در محیط اسیدی، درپوش بسته شده و منفذ را می بندد، اما در pH خنثی، کانال باز شده و عبور یون ها و مولکول های آب حدودا بدون مانع صورت می گیرد. این سازوکار، نوعی «دروازه مولکولی» مصنوعی بوجود می آورد که عملکرد پروتئین های پورین در غشای سلولی را تقلید می کند.
برای ارزیابی دقیق تر عملکرد این سامانه، داده های تجربی با شبیه سازی های پیشرفته دینامیک مولکولی ترکیب شد. این شبیه سازی ها نشان داد تغییرات ساختاری درپوش، مستقیماً بر موانع انرژی ورود یون ها تأثیر می گذارد و احتمال باز ماندن کانال ها در شرایط اسیدی بطور قابل توجهی کاهش پیدا می کند.
به نقل از ستاد نانو، محققان باور دارند طراحی چنین کانال های نانوسیالی پاسخگو می تواند نتایج گسترده ای در عرصه فناوری و پزشکی داشته باشد. غشاهای مصنوعی با قابلیت تنظیم پویای نفوذپذیری می توانند در فناوری های نمک زدایی و تصفیه آب کم مصرف، توسعه سنسورهای زیستی حساس و سامانه های رهایش هدفمند دارو مورد استفاده قرار گیرند.
بگفته پژوهشگران، این رویکرد نشان میدهد حتی یک گروه عاملی منفرد یا یک درپوش کوچک در دهانه منفذ می تواند یک نانولوله ایستا را به سامانه ای فعال و پاسخگو به محیط تبدیل کند؛ قدمی مهم در راستای تقلید و مهندسی سامانه های پیچیده زیستی در مقیاس نانو.
منبع: ساخت اپل آی دی
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب