İyon kanalları, canlı organizmalarda yüklü parçacıkların hareketini kontrol eden küçük açıklıklardır ve bu dar kanallar, birçok biyolojik işlev için elzemdir. Osaka Üniversitesi’nden araştırmacılar, bu kanallara benzer yapılar oluşturmak için önemli bir ilerleme kaydetti. Takım, “Nature Communications” dergisinde yayımladıkları çalışmada, subnanometre boyutlara yaklaşan gözenekler üretmek için minyatür bir elektrokimyasal reaktör kullandıklarını açıkladı.
Hücrelerde, iyonlar hücre zarına gömülü özel protein kanalları aracılığıyla hareket eder. Bu hareket, kas kasılmasından sorumlu sinir uyarılarını içeren elektrik sinyallerini oluşturur. Doğadan ilham alarak araştırmacılar, biyolojik iyon kanallarına benzeyen boyutlarda gözenekler oluşturabilen bir katı hal versiyonu tasarladı. Projeye, silikon nitrid bir zar üzerinde nanopore oluşturarak başladılar. Bu yapı, içinde daha küçük gözenekler inşa etmek için küçük bir reaksiyon odası işlevi gördü.
Araştırma ekibi, zar boyunca negatif bir voltaj uyguladığında, nanopore içerisinde bir kimyasal reaksiyon tetiklendi. Bu reaksiyon, açıklığı tamamen tıkayana kadar genişleyen katı bir çökelti üretti. Voltajın tersine çevrilmesi ise çökeltiyi çözerek gözenek boyunca iletken yolları geri kazandı. Baş yazar Makusu Tsutsui, “Bu açma ve kapama sürecini birkaç saat boyunca yüzlerce kez tekrarlayabildik. Bu, reaksiyon şemasının sağlam ve kontrol edilebilir olduğunu gösteriyor,” şeklinde açıklıyor.
Araştırmacılar, zar içindeki olayları daha iyi anlamak için iyon akımını izledi ve biyolojik iyon kanallarında görülen desenlere benzer keskin akım yükselmeleri gözlemlediler. Daha ayrıntılı analiz, bu sinyallerin, orijinal nanopore içinde oluşan subnanometre gözeneklerle tutarlı olduğunu ortaya koydu. Kimyasal bileşim ve pH ayarlarıyla gözeneklerin davranışını ince ayarlayabildiklerini keşfettiler.
Bu yeni yöntem, tek bir nanopore içinde çok sayıda ultrasmall gözenek oluşturmayı mümkün kılıyor. Teknik, iyonların ve sıvıların, canlı sistemlerle karşılaştırılabilir ölçeklerde nasıl hareket ettiğini incelemek için yeni bir yol sunuyor. Ayrıca bu teknoloji, nanopore kullanarak DNA dizilimini, nöromorfik hesaplama ve nanoreaktörler gibi gelişen alanları destekleyebilir.
Kaynak: Nature Communications
