離子通道是小開口。它們控制生物體內帶電粒子的運動。這些狹窄的通道對於許多生物功能至關重要。在某些情況下，它們最窄的部分只有幾埃。或大約等於每個原子的寬度 創建精確且均勻的微觀結構仍然是奈米技術中最困難的挑戰之一。
現在，大阪大學的研究人員已經朝著這個目標邁出了一步。目前正在寫作 大自然交流團隊描述了他們如何使用微電化學反應器來創建亞奈米孔。
模仿大自然的電氣網關
在細胞內部，離子穿過嵌入細胞膜的特殊蛋白質通道。該離子的運動產生電訊號。包括引起肌肉收縮的神經衝動。這些通道由蛋白質組成，並且在埃尺度上具有非常狹窄的空間。當暴露於外部訊號時，這些蛋白質會改變形狀。這允許打開或關閉通道。
受這種自然系統的啟發，研究人員設計了一種固態解決方案，可以產生幾乎與生物離子通道一樣小的孔隙。他們首先在氮化矽膜上創建奈米孔。奈米孔充當小反應室，在其中產生更小的孔。
當研究團隊在膜上施加負電壓時，會刺激奈米孔內的化學反應。此反應產生固體沉澱物，沉澱物逐漸溶解。膨脹直至堵塞整個開口。反轉電壓會導致沉澱物溶解。並恢復通過毛孔的導電路徑。
「我們能夠在幾個小時內重複這個打開和關閉過程數百次，」主要作者 Makusu Tsutsui 解釋道。 “這表明反應模式是穩健且可控的。”
電尖峰揭示了亞奈米孔隙。
為了更好地了解膜內發生的情況，研究人員追蹤了流過膜的離子電流。他們注意到潮水急劇上漲。這類似於生物離子通道中看到的模式。進一步的分析表明，這些訊號與原始奈米孔內大量亞奈米孔的形成最為一致。
研究團隊也發現他們可以微調毛囊的行為。調整試劑溶液的化學成分和 pH 值 結果，非常小的開口的尺寸和特性都會改變。
「我們可以透過改變前驅溶液的成分和 pH 值來改變超微孔的行為和有效尺寸，」資深作者 Tomoji Kawai 報告說。 “通過將孔徑調整到非常小的尺寸，這允許不同有效尺寸的離子通過膜傳輸。”
DNA 定序和神經形態計算的應用。
這種化學推進方法可以在單一奈米孔內創建多個超細孔。該技術提供了一種新方法來研究離子和液體如何以與生命系統相當的規模穿過極其有限的空間。
除了基礎研究之外，該技術還可以支援新興領域，例如單分子檢測（例如使用奈米孔對 DNA 進行定序）、神經形態處理（例如用於 DNA 定序的奈米孔）和神經形態處理。 （使用電尖峰來模擬生物神經元的行為）和奈米反應器（透過限制創造獨特的反應條件）
