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Background The mechanism of how the hydrophilic threefold channel (C3) of ferritin nanocages facilitates diffusion of diverse metal ions into the internal cavity remains poorly explored. Methods Computational modeling and free energy estimations were carried out on R. catesbeiana H´ ferritin. Transit features and associated energetics for Fe2+, Mg2+, Zn2+ ions through the C3 channel have been examined. Results We highlight that iron conduction requires the involvement of two Fe2+ ions in the channel. In such doubly occupied configuration, as observed in X-ray structures, Fe2+ is displaced from the internal site (stabilized by D127) at lower energetic cost. Moreover, comparison of Fe2+, Mg2+ and Zn2+ transit features shows that E130 geometric constriction provides not only an electrostatic anchor to the incoming ions but also differentially influence their diffusion kinetics. Conclusions Overall, the study provides insights into Fe2+ entry mechanism and characteristic features of metal-protein interactions that influence the metal ions passage. The dynamics data suggest that E130 may act as a metal selectivity gate. This implicates an ion-specific entry mechanism through the channel with the distinct diffusion kinetics being the discriminating factor. General Significance Ferritin nanocages not only act as biological iron reservoirs but also have gained importance in material science as template scaffolds for synthesizing metal nanoparticles. This study provides mechanistic understanding on the conduction of different metal ions through the channel.

Silicon carbide is envisaged as a cladding material for the nuclear fuel in the fourth generation reactors. The aim of this work is to study the capacity to retain fission products and the structure evolution of this material under the combined effects of temperature and irradiation. The low energy ion implantations and the incorporation of stable analogues of fission products (Cs and I) in single crystalline 6H-SiC samples were performed by using the ion implanter or the accelerator of the CSNSM. The high energy heavy ion irradiations were made at GANIL. The evolution of the implanted ion profiles and the crystal structure were studied by RBS and Channeling. Complementary information were obtained by using the UV-visible absorption spectroscopy. The low energy ion implantations at room temperature induce a fast structural damage in the crystal. On the other hand, it is possible to attain a small disorder rate in the crystal during implantation by increasing the implantation temperature (600 °C). The high energy heavy ion irradiations do not damage the SiC crystals. On the contrary, they cause an annealing of the disorder created by the low energy implantations. The implanted ions (I) do not diffuse during low or high energy ion irradiations at room temperature and at 600 °C. However, a diffusion of Cs ions was observed during a post-implantation annealing at 1300 °C. At this temperature, the crystal which had an extended amorphous layer starts to recover a single-crystal structure.; Le carbure de silicium est un matériau envisagé pour le conditionnement du combustible dans les réacteurs de quatrième génération. Ce travail a pour objectif d'étudier la capacité de confinement des produits de fission et l'évolution de la structure de ce matériau sous les effets combinés de la température et du rayonnement. Les implantations d'ions de basse énergie et l'incorporation d'analogues stables de produits de fission (Cs et I) dans des monocristaux de 6H-SiC ont été réalisées sur l'implanteur ou l'accélérateur du CSNSM. Les irradiations avec des ions lourds de haute énergie ont été effectuées au GANIL. L'évolution du profil des ions implantés et de la structure du cristal a été étudiée par RBS et canalisation. Des informations complémentaires ont été apportées par la spectroscopie d'absorption UV-visible. Les implantations d'ions de basse énergie à température ambiante conduisent à l'endommagement rapide du cristal. Par contre, une élévation de la température d'implantation (600 °C) permet de conserver un faible taux de désordre dans le cristal. Les irradiations avec des ions lourds de haute énergie n'endommagent pas les cristaux de SiC mais au contraire, elles provoquent une guérison du désordre créé préalablement par l'implantation d'ions I de basse énergie. Ces marqueurs d'iode ne diffusent pas lors d'irradiations avec des ions lourds de basse ou de haute énergie à température ambiante ou à 600 °C. Cependant, une diffusion des ions Cs a été observée lors d'un recuit thermique post-implantation à 1300 °C, température à laquelle le cristal qui comportait une couche amorphe étendue commence à retrouver une structure monocristalline.

Silicon carbide is envisaged as a cladding material for the nuclear fuel in the fourth generation reactors. The aim of this work is to study the capacity to retain fission products and the structure evolution of this material under the combined effects of temperature and irradiation. The low energy ion implantations and the incorporation of stable analogues of fission products (Cs and I) in single crystalline 6H-SiC samples were performed by using the ion implanter or the accelerator of the CSNSM. The high energy heavy ion irradiations were made at GANIL. The evolution of the implanted ion profiles and the crystal structure were studied by RBS and Channeling. Complementary information were obtained by using the UV-visible absorption spectroscopy. The low energy ion implantations at room temperature induce a fast structural damage in the crystal. On the other hand, it is possible to attain a small disorder rate in the crystal during implantation by increasing the implantation temperature (600 °C). The high energy heavy ion irradiations do not damage the SiC crystals. On the contrary, they cause an annealing of the disorder created by the low energy implantations. The implanted ions (I) do not diffuse during low or high energy ion irradiations at room temperature and at 600 °C. However, a diffusion of Cs ions was observed during a post-implantation annealing at 1300 °C. At this temperature, the crystal which had an extended amorphous layer starts to recover a single-crystal structure., Le carbure de silicium est un matériau envisagé pour le conditionnement du combustible dans les réacteurs de quatrième génération. Ce travail a pour objectif d'étudier la capacité de confinement des produits de fission et l'évolution de la structure de ce matériau sous les effets combinés de la température et du rayonnement. Les implantations d'ions de basse énergie et l'incorporation d'analogues stables de produits de fission (Cs et I) dans des monocristaux de 6H-SiC ont été réalisées sur l'implanteur ou l'accélérateur du CSNSM. Les irradiations avec des ions lourds de haute énergie ont été effectuées au GANIL. L'évolution du profil des ions implantés et de la structure du cristal a été étudiée par RBS et canalisation. Des informations complémentaires ont été apportées par la spectroscopie d'absorption UV-visible. Les implantations d'ions de basse énergie à température ambiante conduisent à l'endommagement rapide du cristal. Par contre, une élévation de la température d'implantation (600 °C) permet de conserver un faible taux de désordre dans le cristal. Les irradiations avec des ions lourds de haute énergie n'endommagent pas les cristaux de SiC mais au contraire, elles provoquent une guérison du désordre créé préalablement par l'implantation d'ions I de basse énergie. Ces marqueurs d'iode ne diffusent pas lors d'irradiations avec des ions lourds de basse ou de haute énergie à température ambiante ou à 600 °C. Cependant, une diffusion des ions Cs a été observée lors d'un recuit thermique post-implantation à 1300 °C, température à laquelle le cristal qui comportait une couche amorphe étendue commence à retrouver une structure monocristalline.