纳米科学，实现显示纳米级的离子传输

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EPFL研究人员已经证明，与纳米级电子传输有关的物理定律也可以类似地应用于离子传输。该发现提供了关于离子通道如何在我们的活细胞内起作用的关键方面的见解。

所有人体细胞的膜都含有微小的通道，离子通过这些通道高速通过。这些离子通道在神经元，肌肉细胞和心肌细胞特别起作用方面起着重要作用，离子通道非常复杂，许多问题仍然没有答案。通道如何选择允许通过的离子？通道的高电导率是什么原因？

由亚历山德拉·拉德诺维奇（Aleksandra Radenovic）领导的EPFL纳米生物学实验室的研究人员已经证明离子传输可以通过称为库仑阻塞的物理定律来描述。该发现已发表在Nature Materials上。他们的观察可以提高我们对这些渠道如何运作的理解。

为了进行测试，研究人员通过在二维材料二硫化钼中制作小于纳米尺寸的孔来创建人工离子通道。然后他们将这种材料放入由两个电极组成的装置中，每侧都有离子溶液。当他们施加电压时，他们能够测量两个腔室之间的电流变化。与较大纳米孔（> 1 nm）中的常规离子传输相比，离子流不会完全停止，它们在低电压能隙处观察到没有任何电流的条带 - 这表明离子被保持在纳米孔中直到施加的电压足够高，以便于它们从孔的一侧穿过另一侧。

为了解释这些能量差距，研究人员进行了其他测试，例如使用液体的pH值来调节孔隙的电荷。还发现了pH诱导的电导振荡。所有这些测量得出了相同的结论：离子传输的方式可以用库仑阻塞来解释，库仑阻塞是通常与量子点中的电子传输相关的物理定律。

到目前为止，在电子学中观察到以库仑阻塞为特征的机制，特别是在称为量子点的半导体粒子中，其在所有三个空间维度上紧密地限制电子或电子空穴。在让位给新移民之前，这些“岛屿”只能容纳一定数量的电子。由EPFL研究人员领导的实验表明，当存在纳米孔时，离子转运也会发生同样的现象。

“许多理论家曾预测库仑封锁也可以应用于离子通道。我们很高兴与加州大学圣地亚哥分校的Massimiliano Di Ventra教授合作完成这项工作，”***诺维奇说。“我们通过使用我们的纳米孔首次观察到这种现象，证明了它们是正确的。”该文章的第一作者冯建东补充说：“这一观察提供了大量关于离子如何穿过亚纳米尺寸纳米孔的信息，为未来探索介观离子传输奠定了基础。
（责任编辑：fqj）