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EPFL研究人員已經(jīng)證明，與納米級(jí)電子傳輸有關(guān)的物理定律也可以類(lèi)似地應(yīng)用于離子傳輸。該發(fā)現(xiàn)提供了關(guān)于離子通道如何在我們的活細(xì)胞內(nèi)起作用的關(guān)鍵方面的見(jiàn)解。

所有人體細(xì)胞的膜都含有微小的通道，離子通過(guò)這些通道高速通過(guò)。這些離子通道在神經(jīng)元，肌肉細(xì)胞和心肌細(xì)胞特別起作用方面起著重要作用，離子通道非常復(fù)雜，許多問(wèn)題仍然沒(méi)有答案。通道如何選擇允許通過(guò)的離子？通道的高電導(dǎo)率是什么原因？

由亞歷山德拉·拉德諾維奇（Aleksandra Radenovic）領(lǐng)導(dǎo)的EPFL納米生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)證明離子傳輸可以通過(guò)稱(chēng)為庫(kù)侖阻塞的物理定律來(lái)描述。該發(fā)現(xiàn)已發(fā)表在Nature Materials上。他們的觀察可以提高我們對(duì)這些渠道如何運(yùn)作的理解。

為了進(jìn)行測(cè)試，研究人員通過(guò)在二維材料二硫化鉬中制作小于納米尺寸的孔來(lái)創(chuàng)建人工離子通道。然后他們將這種材料放入由兩個(gè)電極組成的裝置中，每側(cè)都有離子溶液。當(dāng)他們施加電壓時(shí)，他們能夠測(cè)量?jī)蓚€(gè)腔室之間的電流變化。與較大納米孔（> 1 nm）中的常規(guī)離子傳輸相比，離子流不會(huì)完全停止，它們?cè)诘碗妷耗芟短幱^察到?jīng)]有任何電流的條帶 - 這表明離子被保持在納米孔中直到施加的電壓足夠高，以便于它們從孔的一側(cè)穿過(guò)另一側(cè)。

為了解釋這些能量差距，研究人員進(jìn)行了其他測(cè)試，例如使用液體的pH值來(lái)調(diào)節(jié)孔隙的電荷。還發(fā)現(xiàn)了pH誘導(dǎo)的電導(dǎo)振蕩。所有這些測(cè)量得出了相同的結(jié)論：離子傳輸?shù)姆绞娇梢杂脦?kù)侖阻塞來(lái)解釋?zhuān)瑤?kù)侖阻塞是通常與量子點(diǎn)中的電子傳輸相關(guān)的物理定律。

到目前為止，在電子學(xué)中觀察到以庫(kù)侖阻塞為特征的機(jī)制，特別是在稱(chēng)為量子點(diǎn)的半導(dǎo)體粒子中，其在所有三個(gè)空間維度上緊密地限制電子或電子空穴。在讓位給新移民之前，這些“島嶼”只能容納一定數(shù)量的電子。由EPFL研究人員領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)存在納米孔時(shí)，離子轉(zhuǎn)運(yùn)也會(huì)發(fā)生同樣的現(xiàn)象。

“許多理論家曾預(yù)測(cè)庫(kù)侖封鎖也可以應(yīng)用于離子通道。我們很高興與加州大學(xué)圣地亞哥分校的Massimiliano Di Ventra教授合作完成這項(xiàng)工作，”***諾維奇說(shuō)?！拔覀兺ㄟ^(guò)使用我們的納米孔首次觀察到這種現(xiàn)象，證明了它們是正確的。”該文章的第一作者馮建東補(bǔ)充說(shuō)：“這一觀察提供了大量關(guān)于離子如何穿過(guò)亞納米尺寸納米孔的信息，為未來(lái)探索介觀離子傳輸?shù)於嘶A(chǔ)。
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