一桁のカーボンナノチューブを横断する機械的に活性化されたイオン輸送

Mechanically activated ionic transport across single-digit carbon nanotubes.

• Alice Marcotte
• Timothée Mouterde
• Antoine Niguès
• Alessandro Siria
• Lydéric Bocquet

抄録

ナノスケールでの流体およびイオン輸送は、最近、豊富なエキゾチックな挙動を実証しています。しかし、人工ナノ流体デバイスは、電気的および機械的に活性化された輸送など、生物学的システムに存在する高度な機能を実証するにはまだほど遠い。ここでは、機械的および電気的な強制力の組み合わせの下で、半径2nmの個々の多層カーボンナノチューブを介したイオン輸送に焦点を当てています。我々の知見は、印加圧力に二次的に依存するイオンコンダクタンスの形で、機械的に活性化されたイオン輸送を証明している。我々の理論研究は、この挙動を電気的駆動と機械的駆動の間の複雑な相互作用に関連させ、カーボンナノチューブの超潤滑性が機械的に活性化された輸送を達成するための前提条件であることを示しています。圧力感受性は、生物学的な機械的感受性を持つイオンチャネルの応答と類似していますが、ここでは人工システムで観察されています。このことは、複雑な生物学的機械に触発された新しい活性ナノ流体機能を構築するための道を開く。

Fluid and ionic transport at the nanoscale has recently demonstrated a wealth of exotic behaviours. However, artificial nanofluidic devices are still far from demonstrating the advanced functionalities existing in biological systems, such as electrically and mechanically activated transport. Here, we focus on ionic transport through 2-nm-radius individual multiwalled carbon nanotubes under the combination of mechanical and electrical forcings. Our findings evidence mechanically activated ionic transport in the form of an ionic conductance that depends quadratically on the applied pressure. Our theoretical study relates this behaviour to the complex interplay between electrical and mechanical drivings, and shows that the superlubricity of the carbon nanotubes is a prerequisite to attaining mechanically activated transport. The pressure sensitivity shares similarities with the response of biological mechanosensitive ion channels, but observed here in an artificial system. This paves the way to build new active nanofluidic functionalities inspired by complex biological machinery.