在最簡(jiǎn)單的層面上，納米孔是絕緣膜中的(納米大小的)孔。當(dāng)施加電壓時(shí)，孔允許離子穿過(guò)膜，從而產(chǎn)生可測(cè)量的電流。當(dāng)分子通過(guò)納米孔時(shí)，它會(huì)導(dǎo)致電流發(fā)生變化，這可用于表征甚至識(shí)別單個(gè)分子。納米孔是極其強(qiáng)大的單分子生物傳感裝置，可用于檢測(cè)和測(cè)序 DNA、RNA 甚至蛋白質(zhì)。最近，它已被用于SARS-CoV-2病毒測(cè)序。

固態(tài)納米孔是一種極其通用的納米孔類型，形成于超薄膜(小于 50 納米)中，由氮化硅 (SiN x )等材料制成。固態(tài)納米孔可以制成各種直徑，并且可以承受多種條件。制造納米孔最吸引人的技術(shù)之一是受控?fù)舸?(CBD)。這種技術(shù)速度快，降低了制造成本，不需要專門的設(shè)備，并且可以自動(dòng)化。

CBD 是一種 通過(guò)跨膜施加電場(chǎng)以感應(yīng)電流的技術(shù)。在某一時(shí)刻，觀察到電流尖峰，表明孔隙形成。然后迅速降低電壓以確保制造單個(gè)小納米孔。

這一過(guò)程的潛在機(jī)制尚未完全闡明，因此一個(gè)涉及 ITQB NOVA 的國(guó)際團(tuán)隊(duì)決定進(jìn)一步研究在擊穿過(guò)程中通過(guò)膜的電傳導(dǎo)是如何發(fā)生的，即氧化和還原反應(yīng)(也稱為氧化還原反應(yīng)，它們意味著電子損失或獲得，分別)影響過(guò)程。為此，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了三種設(shè)備，其中電場(chǎng)以不同的方式施加到膜(一種富含硅的 SiN x膜)上：通過(guò)膜兩側(cè)的金屬電極;通過(guò)膜兩側(cè)的電解質(zhì)溶液;并通過(guò)一個(gè)混合裝置，一側(cè)是金屬電極，另一側(cè)是電解質(zhì)溶液。

結(jié)果表明氧化還原反應(yīng)必須發(fā)生在膜-電解質(zhì)界面，而金屬電極則避免了這種需要。該團(tuán)隊(duì)還證明，由于這種現(xiàn)象，納米孔的制造可以通過(guò)在膜表面使用金屬微電極進(jìn)行 CBD 來(lái)定位到某些區(qū)域。最后，通過(guò)改變膜中硅的含量，研究人員證明傳導(dǎo)和納米孔的形成高度依賴于膜材料，因?yàn)樗拗屏四ぶ械碾娏鳌?/p>

“多年來(lái)，我們一直對(duì)控制納米孔的位置感興趣”，James Yates 說(shuō)。Pedro Sousa 補(bǔ)充說(shuō)：“我們的研究結(jié)果表明，CBD 可用于將孔與互補(bǔ)的微或納米結(jié)構(gòu)(例如隧道電極或場(chǎng)效應(yīng)傳感器)整合到一系列不同的膜材料中。” 這些設(shè)備隨后可用于檢測(cè)特定分子，如蛋白質(zhì)、DNA 或抗體，并應(yīng)用于各種場(chǎng)景，包括大流行監(jiān)測(cè)或食品安全。

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