تدفق كهربائي أوسموزي في النانو-حبس: المسام الصلبة والبروتينات

التدفق الكهربائي الأوسموزي (EOF) هو ظاهرة تحدث عند حركة السوائل في المواد المسامية أو القنوات الدقيقة/النانوية عند تطبيق مجال كهربائي خارجي. في المثال الخاص لرحلان الجزيئات المفردة باستخدام مسام نانوية واحدة، فإن دور EOF على سرعة الانتقال لجزيء التحليل عبر المسام النانوية ليس مفهوماً بالكامل. تنشأ التعقيدات من مجموعة من التأثيرات الناتجة عن الديناميكا المائية في البيئات المقيدة، والإلكترستاتيكية الناجمة عن الزينة الشحنية وهندسة المسام. نتناول هذه المسألة الأساسية باستخدام معادلات بواسون–نرنست–بلانك (PNP–NS) للمسام النانوية الصلبة الأسطوانية وثلاثة مسام بروتينية تمثيلية (α-هيمولايسين، MspA، وCsgG). نقدم ملفات تعريف السرعة داخل المسام النانوية كدالة لكهرباء الزينة وهندسة المسام والمجال الكهربائي المطبق. نبلغ عن عدة نتائج غير متوقعة: (أ) الشحنات الظاهرة للمسام البروتينية تختلف عن شحنتها الصافية والشحنة السطحية للهندسة البروتينية الكاملة، وتتناسب الشحنة الصافية للسطح الداخلي مع الشحنة الظاهرة. (ب) تعتمد سرعة السائل بطريقة غير أحادية على الفولتية. تظهر الثلاثة مسام البروتينية خصائص EOF وعلاقات السرعة–الفولتية فريدة، والتي لا يمكن استنتاجها ببساطة من شحنتها الصافية. علاوة على ذلك، يمكن أن تؤدي الطفرات النقطية الفعالة إلى تغيير كبير في كل من الاتجاه والمقدار لـ EOF. تقدم هذه التحليل الحاسوبي فرصة لفهم أعمق لأصول سرعة نقل الجزيئات الضخمة المشحونة في الفضاء المقيد وتصميم مسام نانوية مرغوبة لضبط سرعة الجزيئات الضخمة عبر المسام النانوية.