نانو لوله‌هایی که مثل کانال‌های سلولی «هوشمند» باز و بسته می‌شوند

به گزارش سیتنا،پژوهشگران در تحقیق جدیدی موفق به ساخت نانو لوله‌های کربنی کوتاه و فلورسانتی شده‌اند که عملکردی مشابه کانال‌های زیستی در غشای سلول دارند. این ساختارهای نانومقیاس قادرند در واکنش به تغییرات اسیدیته محیط (pH)، به‌طور برگشت‌پذیر باز و بسته شوند و عبور آب و یون‌ها را تنظیم کنند.

در کانال‌هایی با پهنای حدود یک نانومتر، رفتار آب و یون‌ها با مقیاس‌های بزرگ‌تر تفاوت اساسی دارد. در چنین فضاهای محدودی، مولکول‌های آب به‌صورت زنجیره‌ای و منظم حرکت می‌کنند و یون‌ها برای عبور، ناچار به از دست دادن بخشی از پوسته آبی اطراف خود می‌شوند. این ویژگی‌ها زمینه‌ساز بروز رفتارهای منحصربه‌فرد در انتقال یون است؛ قابلیتی که در سامانه‌های زیستی برای عملکردهایی مانند انتقال سیگنال‌های عصبی به‌کار گرفته می‌شود.

در این مطالعه که توسط پژوهشگران Lawrence Livermore National Laboratory و University of Maryland انجام شده، نانو لوله‌های طراحی‌شده دارای ساختارهایی درپوش‌مانند در دهانه خود هستند. این نانولوله‌ها درون غشاهای چربی مشابه دیواره سلولی قرار داده شدند تا کانال‌هایی بسیار باریک ایجاد کنند.

نتایج نشان داد اتصال یک درپوش مولکولی ویژه به دهانه نانو لوله، امکان کنترل دقیق جریان آب و یون‌ها را فراهم می‌کند. در محیط اسیدی، این درپوش بسته شده و مسیر عبور را مسدود می‌کند؛ اما در شرایط pH خنثی، کانال باز می‌شود و انتقال مولکول‌ها تقریباً بدون مانع صورت می‌گیرد. این سازوکار در واقع نوعی «دروازه مولکولی» مصنوعی ایجاد می‌کند که عملکرد پروتئین‌های پورین در غشای سلولی را شبیه‌سازی می‌کند.

برای بررسی دقیق‌تر، داده‌های آزمایشگاهی با شبیه‌سازی‌های پیشرفته دینامیک مولکولی ترکیب شد. نتایج این تحلیل‌ها نشان داد تغییرات ساختاری درپوش مستقیماً بر سد انرژی ورود یون‌ها اثر می‌گذارد و در شرایط اسیدی، احتمال باز ماندن کانال به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد.

به باور پژوهشگران، توسعه چنین کانال‌های نانوسیالی پاسخگو می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای به همراه داشته باشد؛ از طراحی غشاهای هوشمند برای نمک‌زدایی و تصفیه کم‌مصرف آب گرفته تا ساخت حسگرهای زیستی دقیق و سامانه‌های پیشرفته رهایش دارو. این دستاورد نشان می‌دهد حتی یک گروه عاملی کوچک در دهانه یک منفذ نانومقیاس می‌تواند ساختاری ایستا را به سامانه‌ای فعال و تطبیق‌پذیر تبدیل کند؛ گامی مهم در مسیر مهندسی سامانه‌های زیستی مصنوعی در مقیاس نانو.

انتهای پیام