Pesquisadores da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL) identificaram como as cargas elétricas presentes nas paredes internas de nanoporos biológicos controlam dois fenômenos cruciais para a passagem de íons: a retificação e o gating. O trabalho, liderado pelos professores Matteo Dal Peraro e Aleksandra Radenovic, foi publicado em 11 de novembro de 2025 na revista Nature Nanotechnology.
Os cientistas combinaram experimentos eletrofisiológicos, simulações computacionais e modelos teóricos para explicar por que o fluxo iônico muda de direção (retificação) ou é abruptamente interrompido (gating) em nanoporos usados em aplicações como sequenciamento de DNA e biossensores.
Mutação controlada revela papel da carga
O grupo concentrou-se na aerolysina, poro bacteriano amplamente empregado em detecção molecular. Foram produzidas 26 variantes do canal por meio da substituição de aminoácidos carregados ao longo de sua superfície interna. Cada mutação alterou a distribuição de cargas positivas ou negativas, permitindo medir como essas mudanças afetam o transporte iônico.
Aplicando sinais de voltagem alternada, os pesquisadores separaram os efeitos observados em escalas de tempo distintas. A retificação, concluíram, ocorre porque as cargas internas criam um “caminho de mão única” que facilita a passagem de íons em um sentido específico. Já o gating surge quando um fluxo intenso de íons provoca desequilíbrio de carga que desestabiliza a estrutura do poro, levando a um colapso temporário que bloqueia a corrente.
Localização da carga e rigidez estrutural
Os resultados mostram que não apenas a quantidade, mas também a posição exata e o sinal da carga determinam quando o gating ocorre. Ao inverter o tipo de carga ou aumentar a rigidez do canal, a equipe conseguiu atrasar ou até eliminar o bloqueio.
Imagem: Internet
Aplicações em sensores e computação iônica
A compreensão detalhada desses mecanismos abre caminho para projetar nanoporos que evitem o gating em dispositivos de leitura de moléculas ou, ao contrário, explorem o efeito em sistemas inspirados em sinapses neurais. Os autores demonstraram, por exemplo, um nanoporo capaz de apresentar plasticidade sináptica, lembrando estímulos elétricos sucessivos — passo potencial para processadores baseados em íons.
Com informações de Nanowerk
