大阪大学の研究者らが、窒化ケイ素膜に自然イオン通道のスケールに迫る超小型孔を開発した。これらの構造は電圧制御の化学反応により繰り返し開閉が可能だ。この進展はDNAシーケンシングやニューロモーフィック・コンピューティングに寄与する可能性がある。
生体内のイオン通道は、荷電粒子の流れを制御する狭いタンパク質構造で、神経インパルスなどの機能に不可欠である。その最も狭い部分はわずか数オングストロームで、原子幅に匹敵する。このような精度の再現はナノテクノロジー専門家を悩ませてきた。 大阪大学のMakusu Tsutsui氏とTomoji Kawai氏率いるチームは、窒化ケイ素膜にナノポアを製造することでこれに対処した。これらは小型電気化学反応器として機能した。負電圧をかけると反応が始まり固体沈殿物が形成され孔を塞いだ。電圧を反転させると沈殿物が溶解し通路が再開した。 「数時間にわたり数百回この開閉プロセスを繰り返せた」とTsutsui氏は語った。「これにより反応スキームが頑健で制御可能であることが示された」。 イオン電流の監視で生物学的通道に似た鋭いスパイクが観測され、初期構造内に複数のサブナノメートル孔が形成されたことを示した。反応液の組成とpHの調整により孔サイズとイオン選択性を制御できた。 「反応液の組成とpHを変えることで超小型孔の挙動と有効サイズを変化させられた」とKawai氏は述べた。「これにより超小型孔サイズを調整して膜を通る異なる有効サイズのイオンの選択的輸送が可能となった」。 この手法は原子スケールの閉じ込め空間での物質研究を支え、ナノポアDNAシーケンシングなどの単一分子センシングや神経電気パターンを模倣するニューロモーフィック・コンピューティングに可能性がある。成果はNature Communicationsに掲載された。
