Jonflöden

Jonflöden är rörelser av joner genom ett medium, såsom biologiska membran, lösningar eller fasta elektrolyter. Jonflöden uppstår när det finns skillnader i koncentration (en kemisk gradient) och/eller i elektrisk potential (en elektrokemisk gradient). Den totala jonflödesdrivkraften kallas elektrokemisk gradient och kan verka genom diffusion, drift i ett elektriskt fält eller en kombination där jonkanaler, transportproteiner och pumpar reglerar passage.

Mekanismerna bakom jonflöden omfattar diffusion, där joner sprids från hög till låg koncentration enligt Fick’s lag; drift, där joner migrerar i ett elektriskt fält; och passiv transport genom jonkanaler som öppnas eller stängs reglerat av signalsubstanser, spänningsskillnader eller ligander. Aktiv transport kräver energi och innefattar pumpar och cotransportörer som kan flytta joner mot deras gradient, ofta för att upprätthålla membranpotentialer eller elektrolyttillstånd i celler.

I biologiska system är jonflöden centrala för nervsignalering, muskelkontraktion och reglering av cellvolym samt vätskebalans i vävnader. Jämviktsbegrepp som membranpotentialer och ekvationer som Nernst-Planck och Goldman-Hodgkin-Katz används för att beskriva hur olika jonsorter bidrar till cellens elektriska tillstånd.

Inom elektrochemie, materialvetenskap och medicinteknik studeras jonflöden i elektrolyter, jonmembran och fasta elektrolyter. Tillämpningar inkluderar batterier, bränsleceller, dialys och jonselektiva sensorer. Mätning av jonflöden sker ofta som flux (mol m^-2 s^-1) eller jonpermeabilitet och kräver kunskap om både diffusion och migrering under elektrokemiska förhållanden.