Innovazione nei Nanogates: Controllo Elettrico per Molecole e Ioni
Un team di scienziati dell’Università di Osaka ha sviluppato un nanogate innovativo che si apre e si chiude in risposta a segnali elettrici. Questa tecnologia offre un controllo preciso sul passaggio di ioni e molecole, con potenziali applicazioni in vari settori, tra cui:
- Rilevamento molecolare
- Reazioni chimiche
- Calcolo neuromorfico
Grazie alla regolazione della tensione applicata, i ricercatori possono manipolare il comportamento del nanogate, rendendolo uno strumento versatile per applicazioni avanzate.
Nanogates: Un Controllo Sottile tra Macro e Nano
I nanogates sono dispositivi progettati per regolare il movimento di singole molecole, simili a come un cancello controlla il passaggio di entità più grandi. Il nanogate sviluppato dai ricercatori giapponesi si attiva tramite segnali elettrici e il suo funzionamento è influenzato da:
- Tensione applicata
- Composizione dei materiali nelle soluzioni circostanti
Questa tecnologia è promettente per applicazioni nel rilevamento molecolare e nelle reazioni chimiche controllate.
Funzionamento del Nanogate: Un Piccolo Poro con Grandi Potenzialità
Il nanogate è composto da un piccolo poro integrato in una membrana di nitruro di silicio, situata all’interno di una cella di flusso su un chip. Applicando tensione attraverso elettrodi, i ricercatori possono misurare la corrente ionica, che fornisce informazioni sul movimento degli ioni. Questa corrente è sensibile alla composizione delle soluzioni, consentendo un controllo preciso del flusso di ioni e la formazione o dissoluzione di composti metallici nel poro.
La variazione del diametro del poro, che può chiudersi o aprirsi, porta a distinti tipi di trasporto ionico. Come afferma Makusu Tsutsui, principale autore dello studio, “I precipitanti si sono formati e hanno chiuso il poro sotto tensione negativa, diminuendo la corrente ionica.”
Comportamento Memristivo e Trasporto Unidirezionale degli Ioni
In specifiche condizioni, la formazione di un precipitato che occlude il poro ha portato a un elevato rapporto di rettificazione, un indicatore della tendenza degli ioni a muoversi in una sola direzione. Questo risultato è significativo per i dispositivi nanofluidici. Il sistema ha mostrato anche caratteristiche di memristore, evidenziando un effetto memoria nella relazione tra corrente e tensione.
Rilevamento di Biomolecole: Il DNA Sotto Osservazione
Le reazioni chimiche nel poro possono essere regolate per il rilevamento di biomolecole, come dimostrato in esperimenti con il DNA. Il sistema ha mostrato segnali distintivi mentre singole molecole di DNA attraversavano il poro. La capacità di controllare la dimensione del poro mediante tensione offre la possibilità di adattare i pori per analiti specifici.
Tomoji Kawai, autore senior dello studio, afferma: “Ci aspettiamo che il nostro approccio possa essere utilizzato per sviluppare sistemi di reazione in grado di accedere a nuovi composti chimici.”
Prospettive Future: Rilevamento, Chimica e Calcolo
L’uso di una membrana con un singolo poro controllato in dispositivi elettrochimici nanofluidici rappresenta un approccio versatile. Questa innovazione potrebbe aprire la strada a nuove scoperte e applicazioni in vari campi della scienza e della tecnologia.
Riferimento
“Nanopori a gate a tensione transmembrana controllati da chimica in poro elettricamente sintonizzabile”, pubblicato il 5 febbraio 2025 su Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-025-56052-0.
