Nano-gate:Forskere skaber spændingskontrollerede nanoporer, der kan fange partikler, når de forsøger at passere igennem

Forskere fra Institute of Scientific and Industrial Research ved Osaka University fremstillede nanoporer i siliciumdioxid, der kun var 300 nm, i diameter omgivet af elektroder. Disse nanoporer kunne forhindre partikler i at trænge ind blot ved at påføre en spænding, som kan tillade udvikling af sensorer, der kan detektere meget små koncentrationer af målmolekyler, samt næste generations DNA-sekventeringsteknologi.

Nanoporer er små huller, der er brede nok til, at kun et enkelt molekyle eller partikel kan passere igennem. Bevægelsen af ​​nanopartikler gennem disse huller kan normalt detekteres som et elektrisk signal, hvilket gør dem til en lovende platform for nye enkeltpartikelsensorer. Imidlertid, kontrol med partiklernes bevægelse har hidtil været en udfordring.

Forskere ved Osaka University brugte integreret nanoelektromekanisk systemteknologi til at producere solid-state nanoporer, kun 300 nm bred, med cirkulære platin-gate-elektroder, der omgiver åbningerne, der kan forhindre nanopartikler i at passere igennem. Dette opnås ved at vælge den korrekte spænding, der trækker ioner i opløsningen for at skabe en modstrøm, der blokerer for nanopartiklernes indtræden.

"Enkelt-nanopartikelbevægelser kunne styres via spændingen påført den omgivende gateelektrode, når vi finjusterede den elektroosmotiske strøm via overfladens elektriske potentiale, " siger førsteforfatter Makusu Tsutsui. Efter partiklen er blevet fanget ved nanopore-åbningen, en subtil kraftubalance mellem den elektroforetiske tiltrækning og den hydrodynamiske modstand kan så skabes. På det tidspunkt, partiklerne kan trækkes ekstremt langsomt ind, som kan tillade lange polymerer, ligesom DNA, at blive trådet igennem med den korrekte hastighed til sekventering.

"Den nuværende metode kan ikke kun muliggøre bedre registreringsnøjagtighed af sub-mikrometer objekter, såsom vira, men giver også en metode til proteinstrukturanalyse, " siger seniorforfatter Tomoji Kawai. Mens nanoporer allerede er blevet brugt til at bestemme identiteten af ​​forskellige målmolekyler baseret på den genererede strøm, den teknologi, der er demonstreret i dette projekt, kan muliggøre, at et bredere udvalg af analytter kan testes på denne måde. For eksempel, små molekyler, såsom proteiner og mikro-RNA-segmenter, der skal trækkes ind med en meget kontrolleret hastighed, kan også opdages.

Artiklen, "Felteffektkontrol af translokationsdynamik i surround-gate nanoporer, " blev offentliggjort i Kommunikationsmaterialer .