Одним из наиболее результативных направлений технического развития можно назвать биомимикрию – копирование принципов работы биологических структур, эффективность которых обусловлена миллионами лет эволюции. Очередной успех в этом направлении был продемонстрирован международной командой учёных. Исследователи из ряда научных учреждений Китая и университета штата Небраска-Линкольн при поддержке Аргоннской национальной лаборатории (США) создали искусственные поры, имитирующие ионные каналы клеточной мембраны.

Пример макроцикла

Разработка искусственных мембран, способных осуществлять избирательный транспорт ионов, – необходимое условие развития молекулярной биологии, нанотехнологий, а также изготовления пористых материалов для очистки воды на уровне молекулярного разделения.

Решить эту задачу годами пытались специалисты в самых разных областях, но проект достиг успеха только благодаря тесному междисциплинарному взаимодействию коллектива учёных, представляющих разные научные школы.

Для создания синтетических пор использовался метод накопления молекул кольцеобразных “жёстких” макроциклов друг над другом в твёрдой фазе и в растворе. Затем молекулы соединяли между собой водородными связями, в результате чего сформировалась трубка, состоящая из множества колец с диаметром поры менее 1 нм – 8,8 ангстрем. Соединения формируются в результате процесса самосборки, из-за чего структура трубки получается практически идеальной.

Объёмное изображение макроциклической молекулы в составе нанопор

Поры из нанотрубок обладают изменяемой конфигурацией и внутренними порами однородного диаметра, определяемого типом макроцикла. Они пропускают ионы калия и молекулы воды, но остаются непроницаемыми для других ионов. Такая избирательная проницаемость лежит в основе поддержания клеточной жизни и впервые была реализована техническими средствами.

Оригинальная статья о проделанной работе опубликована в журнале Nature Communications.

Дальнейшие исследования группы направлены на проведение количественных измерений и подбор макроциклов, позволяющих создавать аналогичные трубки для осуществления селективного транспорта других ионов.