13:21 2022-06-29 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Membrane polimerice microporoase pentru transportul ionilor luminoase

_ Membrane polimerice microporoase pentru lumină- transport de ioni prin blocare

Într-un nou raport publicat acum în Science Advances, Zongyao Zhou și o echipă de oameni de știință în inginerie chimică și științe fizice și inginerie de la Universitatea de Știință și Tehnologie King Abdullah din Arabia Saudită au dezvoltat un Membrană cu canale ionice declanșată de lumină folosind polimeri microporoși conjugați. Echipa a fost inspirată de canalele ionice dependente de lumină din membranele celulare, care joacă un rol important în multe activități biologice pentru a regla cu precizie dimensiunea și grosimea porilor membranei la nivel molecular prin proiectare de jos în sus și metode de electropolimerizare. Procesul a condus la controlul reversibil al luminii „pornit/oprit” pentru transportul ionilor prin lumini prin membrană pentru a furniza ioni de hidrogen, potasiu, sodiu, litiu, calciu, magneziu și aluminiu.

Membrane cu control la lumină pentru transportul ionic

Canalele ionice dependente de lumină pot regla transportul ionilor în celulele vii pentru a ajusta excitabilitatea electrică, afluxul de calciu și alte procese celulare cruciale. În prezent, channelrhodopsins sunt prima și singura clasă de canale ionice dependente de lumină identificate în biologie și au primit multă atenție în ultimii ani. Utilizarea directă a channelrhodopsinelor declanșate de lumină este limitată de stabilitatea chimică și fizică în general minimă a proteinelor în mediul extern. Prin urmare, cercetătorii au efectuat studii ample pentru a dezvolta canale ionice artificiale controlate de lumină pentru aplicații în neurobiologie, bioelectronică și purificare a deșeurilor.

Canalele ionice artificiale controlate de lumină pot fi produse în laborator prin modificarea nanoporilor cu receptiv la lumină. grup functional. Polimerii microporoși conjugați (CMP) oferă o clasă unică de materiale organice poroase, așa cum se arată în lucrările anterioare. În această lucrare, Zhou și colab. au sintetizat un monomer rigid și flexibil care conține azobenzen (azo-CMP) pentru a obține răspunsul scontat de lumină. Echipa a blocat microporii elementari structural bine definiti si i-a interconectat pentru a forma canale ionice inteligente in membrana azo-CMP. Configurația este cea mai potrivită pentru a facilita mecanismele de comutare foto pentru a obține cu succes fotoizomerizarea „pornit-oprit-pornit” pentru un transport ionic bine reglat.

Monomerul azo-CMP a menținut o structură asemănătoare unei aripi de fluture, cu azobenzenul ca balama comutabilă cu lumină a aripii și lanțul alchil ca element de legătură moale pentru a lega balamaua și schela carbazol electroactiv. Echipa a proiectat lungimea linkerului moale pentru a crește distanța netă și a oferit spațiu suficient pentru fotoizomerizarea fragmentului de azobenzen, pe care l-au analizat prin simulări moleculare. În timpul experimentelor, monomerul a arătat o fotoizomerizare rapidă și reversibilă prin modificarea lungimii de undă a iradierii.

Dezvoltarea membranelor azo-CMP

Oamenii de știință au dezvoltat membranele azo-CMP prin electropolimerizare într-un celulă electrochimică cu trei catozi. Ei au optimizat condițiile de reacție pentru membrane azo-CMP netede și fără defecte și au observat structura chimică rezultată prin spectroscopie în infraroșu cu transformată Fourier. Rezultatele au confirmat polimerizarea carbazolilor și existența unităților de azobenzen în membrane. Echipa a modificat hidrofilicitatea suprafeței și aspectul membranelor modificând parametrii sintetici pentru a crea o suprafață membranară rezistentă și neuniformă cu multe micro și nanostructuri.

Fotoizomerizarea membranei.

Foizomerizarea poate duce la modificări structurale ale moleculelor și modificări geometrice ale canalelor ionice. Astfel de modificări structurale pot duce la o diferență de potențial de suprafață a membranelor azo-CMP, pe care Zhou și colab. au observat-o folosind microscopia forței sondei Kelvin în timp real. Echipa a înregistrat potențialul de suprafață în schimbare al transmembranelor după iradierea UV. Spectroscopia UV-Vis a confirmat în continuare izomerizarea membranelor pentru a indica izomerizarea trans-cis-trans rapidă și stabilă foto-sensibilă a membranelor azo-CMP. Echipa a folosit experimente suplimentare pentru a arăta modificări ale dimensiunii canalelor membranelor în stări trans și cis prin măsurători izoterme de adsorbție a azotului, urmate de simulări de dinamică moleculară pentru a dezvălui modificări ale dimensiunii canalului pentru permeabilitatea și selectivitatea ionilor distincte.

Dovada de concept: transportul ionic al membranelor controlat de lumină

Oamenii de știință au studiat performanța membranelor cu canale ionice dependente de lumină pentru transportul controlat al ionilor folosind teste de permeație ionică conduse electric într-o celulă de cuarț de laborator cu doua camere. Ei au umplut cele două camere cu concentrații similare de soluție de sare și au măsurat transportul ionilor prin caracteristicile curent-tensiune ale membranelor azo-CMP în formă trans și cis.

Au observat dinamica conductanței curentului/ionului membranei. în „starea de pornire”, precum și conductanța scăzută la iradierea UV pentru a indica o stare redusă de transport de ioni care ar putea fi restabilită prin iradiere cu lumină vizibilă pentru a regla transportul ionilor prin membranele cu canale inteligente. Rezultatele au evidențiat domeniul de aplicare al membranelor cu canale ionice controlate de lumină pentru aplicații farmaceutice și dializă inteligentă.

Perspective

În acest fel, Zongyao Zhou și colegii au fost inspirați de fenomenele naturale. channelrhodopsins pentru a crea membrane cu canale ionice artificiale reversibile și reciclabile. Ei au proiectat monomeri microporoși conjugați (CMP) care conțin azobenzen la nivel molecular prin introducerea unei unități de miez de azobenzen care poate fi comutată în lumină, un lanț alchil moale și carbazoli electroactivi rigidi. Chimia canalelor membranare a oferit un răspuns de fotoizomerizare trans-to-cis extrem de eficient pentru a regla transportul ionilor de la distanță și în mod dinamic. Produsul este foarte important pentru industria separării, inclusiv aplicațiile de memorie de molecule la scară nanometrică, eliberarea inteligentă a medicamentelor și chemosenzorii fotosensibili.

© 2022 Science X Network

(Fluierul)

Inapoi