В живых организмах ионные каналы — это белковые структуры в клеточных мембранах, управляющие движением заряженных частиц. В самых узких местах их диаметр не превышает несколько ангстрем — примерно как один атом. Точное воспроизведение таких структур долгое время оставалось одной из самых сложных задач нанотехнологий, пишет Science Daily.

Команда из Университета Осаки создала твердотельную версию ионного канала, начав с нанопоры в мембране из нитрида кремния. Эта пора служила крошечной реакционной камерой для формирования еще меньших пор внутри нее. При подаче отрицательного напряжения запускалась химическая реакция, создающая твердый осадок, который постепенно расширялся до полного блокирования отверстия. Смена напряжения на положительное растворяла осадок, восстанавливая проводящие пути.

Исследователям удалось повторять этот процесс открытия и закрытия сотни раз в течение нескольких часов, что демонстрирует надежность и контролируемость метода. Мониторинг ионного тока через мембрану выявил резкие пики, аналогичные наблюдаемым в биологических ионных каналах, что указывает на формирование множества субнанометровых пор внутри исходной нанопоры.

Изменяя химический состав и кислотность реагентов, ученые смогли точно настраивать поведение и эффективный размер сверхмалых пор. Это позволило избирательно пропускать через мембрану ионы различного размера, регулируя параметры отверстий.

Технология открывает новые перспективы в нескольких областях: секвенирования ДНК на уровне отдельных молекул, нейроморфных вычислений (использование электрических пиков для имитации поведения биологических нейронов) и создание нанореакторов с уникальными условиями для химических реакций.

Вырастить нанотрубки из атомов вольфрама и серы так, чтобы они были ориентированы в одном направлении, считалось невозможным, пока в 2024 году японские ученые не нашли решение этой проблемы.