Depuis quelques années, la nanofluidique, qui étudie les écoulements aux échelles nanométriques, connaît une expansion considérable grâce au développement récent de nouveaux matériaux comme les nanotubes et les matériaux bi-dimensionnels. Grâce à ces avancées, il est maintenant possible de construire des systèmes nanofluidiques permettant d’étudier les propriétés des écoulements à l’échelle du nanomètre.
De nombreux comportements propres à ces échelles ont ainsi été mis à jour dans des systèmes artificiels, mais ceux-ci ne permettent toujours pas de reproduire l’impressionnante complexité de la machinerie biologique. Dans la Nature, les canaux biologiques sont en effet remarquablement performants et remplissent des fonctions très subtiles, comme le transport actif, le pompage ionique, le stockage d’information etc. S’inspirer de certaines de ces fonctionnalités pour les reproduire dans des systèmes artificiels constituerait une avancée décisive dans le développement de l’iontronique.
En particulier, certains canaux biologiques sont impliqués dans la mécano-transduction, qui permet de convertir un stimulus mécanique en signal électrique. Dans cet article, nous montrons que des nanotubes de carbone très fins (de deux nanomètres de rayon interne) se comportent comme des canaux mécano-sensibles, avec un transport ionique stimulé par le forçage mécanique. Nous observons ainsi que la conductance dépend quadratiquement de la pression appliquée. De plus, nous montrons que ce comportement trouve son origine dans l’absence de friction sur les parois internes des nanotubes de carbone. Le caractère mécano-sensible de ces canaux apparaît donc comme une nouvelle conséquence de leurs propriétés uniques dans le transport fluidique.
Ce phénomène ouvre de nouvelles possibilités pour le développement de systèmes nanofluidiques intégrés avec des fonctionnalités inspirées de celles des systèmes biologiques.
Transport ionique sous forçage électrique et mécanique (a) Gauche, schéma du montage expérimental : un nanotube de carbone intégré à une membrane séparant deux réservoirs remplis d’eau salée est soumis à un forçage électrique et mécanique. Droite, image d’un nanotube de carbone observé au microscope électronique à transmission. (b) Conductance d’un nanotube de carbone en fonction de la pression appliquée à travers la membrane. La conductance varie quadratiquement avec la pression.
En savoir plus :
https://www.nature.com/articles/s41563-020-0726-4
Informations complémentaires :
Laboratoire de Physique de L’Ecole normale supérieure (LPENS, ENS Paris/CNRS/Sorbonne Université/Université de Paris)
Auteur correspondant : Lydéric Bocquet
Contact communication : L’équipe de communication
