Biologie cellulaire : électrons et ions = même Coulomb

29 mars 2016, 09:48
électrons et ions = même Coulomb © lben.epfl.ch
électrons et ions = même Coulomb © lben.epfl.ch
Les membranes des cellules contiennent de minuscules canaux dits ioniques, parce qu’ils favorisent le passage à grande vitesse de certains ions. Leur rôle est central notamment dans le fonctionnement des neurones, des cellules musculaires ou cardiaques. Or, leur complexité est telle que de nombreuses questions demeurent. Comment les canaux sélectionnent-ils les ions ? Comment expliquer la formidable conductivité du passage, qui permet aux ions de voyager à très grande vitesse?
Des chercheurs des labos de biologie et d’électronique à l’échelle nanométrique de l’EFP de Lausanne ont démontré que le transport des ions s'apparentait à celui des électrons. Pour cela ils ont créé un canal ionique artificiel en faisant un trou de moins d'un nanomètre dans un matériau en deux dimensions appelé disulfure de molybdène (MoS2). Ils ont ensuite placé ce matériau entre deux électrodes avec, de part et d’autre, un liquide ionisé. L’application d’une tension a permis de mesurer les variations de courant entre les deux chambres. Dans un système traditionnel, où le trou est plus grand (>1nm), le flux des ions ne s'arrête jamais complètement. Avec leur système, les chercheurs ont observé l’apparition de bandes dépourvues de courant (energy gaps) prouvant que les ions étaient d'abord retenus, avant de transiter d'un côté à l'autre du minuscule trou lorsque la tension devenait suffisante.
Cette façon dont les ions sont transportés est régie par une loi de physique connue pour le transport d’électrons : le blocage de Coulomb, observé en électronique, en particulier dans de petits puits à électrons semi-conducteurs appelés quantum dots, capables de retenir les électrons. Le nombre d'électrons accueillis par ces îlots est restreint, certains doivent les quitter pour faire place aux nouveaux arrivants.
Prédit par la théorie, ce phénomène, a donc été observé pour la première fois grâce des nanostructures. Cette expérience ouvre la voie à de nouvelles expérimentations sur le transport des ions à l'échelle mésoscopique.

Source : Feng J, Liu K, Graf M, Dumcenco D, Kis A, Di Ventra M, & Radenovic A., Observation of Ionic Coulomb Blockade in Nanopores, Nature Materials
 
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