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EPFL研究人員已經(jīng)證明，與納米級電子傳輸有關(guān)的物理定律也可以類似地應(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)鍵方面的見解。

所有人體細(xì)胞的膜都含有微小的通道，離子通過這些通道高速通過。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，許多問題仍然沒有答案。通道如何選擇允許通過的離子？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)實驗室的研究人員已經(jīng)證明離子傳輸可以通過稱為庫侖阻塞的物理定律來描述。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這些渠道如何運作的理解。

為了進行測試，研究人員通過在二維材料二硫化鉬中制作小于納米尺寸的孔來創(chuàng)建人工離子通道。然后他們將這種材料放入由兩個電極組成的裝置中，每側(cè)都有離子溶液。當(dāng)他們施加電壓時，他們能夠測量兩個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，離子流不會完全停止，它們在低電壓能隙處觀察到?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)穿過另一側(cè)。

為了解釋這些能量差距，研究人員進行了其他測試，例如使用液體的pH值來調(diào)節(jié)孔隙的電荷。還發(fā)現(xiàn)了pH誘導(dǎo)的電導(dǎo)振蕩。所有這些測量得出了相同的結(jié)論：離子傳輸?shù)姆绞娇梢杂脦靵鲎枞麃斫忉?，庫侖阻塞是通常與量子點中的電子傳輸相關(guān)的物理定律。

到目前為止，在電子學(xué)中觀察到以庫侖阻塞為特征的機制，特別是在稱為量子點的半導(dǎo)體粒子中，其在所有三個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)的實驗表明，當(dāng)存在納米孔時，離子轉(zhuǎn)運也會發(fā)生同樣的現(xiàn)象。

“許多理論家曾預(yù)測庫侖封鎖也可以應(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教授合作完成這項工作，”***諾維奇說?！拔覀兺ㄟ^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?！痹撐恼碌牡谝蛔髡唏T建東補充說：“這一觀察提供了大量關(guān)于離子如何穿過亞納米尺寸納米孔的信息，為未來探索介觀離子傳輸?shù)於嘶A(chǔ)。
（責(zé)任編輯：fqj）