Bij cellen spelen ionkanalen een belangrijke rol, waardoor die razendsnel (kunnen) reageren. Die ‘biologische transistoren’ vormden een uitdaging voor onderzoekers om iets soortgelijks te maken voor de elektronica. Dat schijnt nu eindelijk gelukt te zijn waarbij het ‘omnipotente’ grafeen een glansrol lijkt te spelen.
Onderzoekers rond Xiang Zhang van de universiteit van Hongkong ontwikkelden een piepkleine transistor met grafeenkanalen van zo’n 3 nm (1 nm = 10^-9). Die kanalen zijn heel kieskeurig wat de toegang van ionen betreft. Het blijkt dat die ionen in de minuscule kanaaltjes ook zo’n honderd maal sneller bewegen dan in een bekerglas water. Die vinding is niet alleen van belang voor scheidingstechnici, maar ook voor elektrochemische, computer- en biomedische toepassingen

De zoektocht naar een technisch analogon van het ionkanaal werd bemoeilijkt door de tegenstrijdige eisen aan doorlaatbaarheid en selectiviteit. Te grote poriën laten te veel door en (te) kleine werken ook niet of belemmeren de doorgangssnelheid. Dat is het aardige bij ionkanalen in cellen. Dat zijn eiwitten in het membraan die alleen heel specifiek bepaalde verbindingen/ionen laten passeren.
“We zagen in kanalen van grafeen een uiterst snelle doorgang van ionen met een effectieve diffusiecoëfficiënt van 2,0×10^-7m²/s”, zegt medeonderzoeker Yahui Xue. “Voor zover ik weet is dat de snelste diffusie die is waargenomen met ionentansport door kunstmatige membranen en is zelfs hoger dan die van biologische kanalen.”

Supersnel

De onderzoekers gebruikten spanningsverschillen om het ionentransport op gang te brengen, waarbij ze dus hoge transportsnelheden verwezenlijkten. De iontransistor lijkt daardoor supersnel te kunnen schakelen. De selectievolgorde voor alkalimetaalionen leek op die van de biologische kaliumkanalen.
Dat zou betekenen dat grafeen ongeveer doet wat het kanaaleiwit in kaliumkanalen doet. Daar worden ionen van water ontdaan en is er een elektrostatische wisselwerking tussen kanaal en ionen. De onderzoekers denken wel degelijk aan toepassingen in computers. Integratie van die iontransistoren zouden (neurale) netwerken kunnen opleveren die werken zoals we denken dat onze hersens werken.

Bron: Alpha Galileo